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技術 遠心分離機、これを備えたガス化設備およびこれを備えたガス化複合発電設備ならびに遠心分離機の補修方法

出願人 三菱日立パワーシステムズ株式会社
発明者 伊藤克哉北田昌司中馬文広
出願日 2016年1月18日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2016-007237
公開日 2017年7月27日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2017-127796
状態 特許登録済
技術分野 ガスタービン、高圧・高速燃焼室 固体物質からの合成ガス等の製造 サイクロン 慣性力等による気体中の粒子の分離
主要キーワード 摩耗部位 周囲外気 分割部品 旋回径 交換品 ポーラスフィルタ フランジ構造 配管流路
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重要な関連分野

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図面 (6)

課題

筒部の摩耗が進んで筒部を交換する場合であっても大がかりな工事を必要としないサイクロンを提供する。

解決手段

鉛直上下方向に延在する中心軸線を有する筒状の本体部4aと、粉体流体との混合気本体部内中心軸線回り旋回するように導入する導入部5と、本体部の鉛直方向下方に接続され、下方に向かって内径先細り形状とされたテーパ部4bと、テーパ部4bの鉛直方向下方に設けられ、混合気から分離された粉体を排出する排出部4cとを備え、テーパ部4bには、鉛直方向上下に分割可能な上下分割部8が設けられている。

概要

背景

従来より、粉体流体とを分離する装置として、いわゆるサイクロンセパレータとされた遠心分離機(以下、単に「サイクロン」という。)が知られている。例えば、石炭等の炭素含有固体燃料を用いてガス化装置で生成した生成ガスを、ガス精製装置で精製して燃料ガスとするガス化設備がある。微粉炭高温酸素不足下でガス化する石炭ガス化装置では、チャー(石炭等の未反応分と灰分)を含む燃料ガスが発生するため、燃料ガスから粉体であるチャーを分離して除去するサイクロンが設けられている。サイクロンの筒部内では、チャーが旋回しながら下部に落下する。サイクロンの筒部の鉛直方向の下方は上方よりも内径が小さくなっているため、チャーの旋回速度が速く、チャー密度が高いため、筒部の下方の内表面はチャーによる摩耗が大きくなる。
サイクロンの筒部の下方にチャーによる摩耗で傷付が大きく生じた場合、摩耗部位を含む筒部全体の交換を実施しており、大がかりな工事となるため、計画的に保守点検期間に合わせて対応が出来るように工夫が必要となる。

下記の特許文献1では、ボイラ排気系統に設けられるサイクロン集塵機が開示されている。このサイクロン集塵機は、粉塵により筒部が偏摩耗して一部に穴が空き筒部全体を取り替えざるをえないという事態を回避するため、筒部を適宜回転させて偏摩耗を防止することが開示されている。

概要

筒部の摩耗が進んで筒部を交換する場合であっても大がかりな工事を必要としないサイクロンを提供する。鉛直上下方向に延在する中心軸線を有する筒状の本体部4aと、粉体と流体との混合気本体部内中心軸線回りに旋回するように導入する導入部5と、本体部の鉛直方向下方に接続され、下方に向かって内径が先細り形状とされたテーパ部4bと、テーパ部4bの鉛直方向下方に設けられ、混合気から分離された粉体を排出する排出部4cとを備え、テーパ部4bには、鉛直方向上下に分割可能な上下分割部8が設けられている。

目的

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、筒部の摩耗が進んで筒部を交換する場合であっても大がかりな工事を必要としない遠心分離機、これを備えたガス化設備およびこれを備えたガス化複合発電設備ならびに遠心分離機の補修方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

鉛直上下方向に延在する中心軸線を有する筒状の本体部と、粉体流体との混合気を前記本体部内で前記中心軸線回り旋回するように導入する導入部と、前記本体部の鉛直方向下方に接続され、下方に向かって内径先細り形状とされたテーパ部と、該テーパ部の鉛直方向下方に設けられ、前記混合気から分離された前記粉体を排出する排出部と、を備え、前記テーパ部には、鉛直方向上下に分割可能な上下分割部が設けられていることを特徴とする遠心分離機

請求項2

前記上下分割部よりも鉛直方向下方の下方分割体は、該下方分割体をさらに分割可能な下方分割部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の遠心分離機。

請求項3

前記上下分割部よりも鉛直方向上方には、前記上下分割部よりも下方の下方分割体に下端吊り下げ保持した吊下装置の上端を固定する固定部が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の遠心分離機。

請求項4

前記本体部及び前記テーパ部を内部に収容するとともに、運転時において前記混合気の圧力と大気圧との圧力差が加えられる圧力容器を備え、該圧力容器には、前記テーパ部よりも鉛直方向下方の位置に、作業員が通過可能なマンホールが形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の遠心分離機。

請求項5

前記上下分割部よりも鉛直方向下方の下方分割体は、該下方分割体をさらに分割可能な下方分割部により、前記マンホールを通過することができる大きさまで分割可能とされていることを特徴とする請求項4に記載の遠心分離機。

請求項6

炭素含有固体燃料ガス化するガス化炉と、該ガス化炉からガス化されたガス化ガスが導かれる請求項1から5のいずれかに記載の遠心分離機と、前記遠心分離機で分離した前記紛体を前記ガス化炉へ戻す供給装置と、を備えていることを特徴とするガス化設備

請求項7

請求項6に記載のガス化設備と、前記ガス化炉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、該ガスタービンによって駆動される発電機と、を備えていることを特徴とするガス化複合発電設備

請求項8

圧力容器内部に設置された内筒の鉛直上下方向に中心軸線を有する筒状の本体部と、粉体と流体との混合気を前記本体部内で前記中心軸線回りに旋回するように導入する導入部と、前記本体部の鉛直方向下方に接続され、下方に向かって内径が先細り形状とされたテーパ部と、該テーパ部の鉛直方向下方に設けられ、前記混合気から分離された前記粉体を排出する排出部と、を備えた遠心分離機の補修方法であって、前記テーパ部を鉛直方向上下に分割する上下分割部から下方の下方分割体を前記本体部側から取り外して分割する分割工程と、該分割工程にて分割された前記下方分割体を撤去する撤去工程と、該撤去工程にて撤去された前記下方分割体の交換品となる交換用下方分割体を前記上下分割部よりも上方の前記テーパ部に対して取り付ける取付工程と、を有することを特徴とする遠心分離機の補修方法。

請求項9

前記圧力容器には、作業員が通過可能なマンホールが形成され、前記下方分割体をさらに分割する細分割工程と、前記マンホールを通過して搬入または搬出する搬入出工程と、を有することを特徴とする請求項8に記載の遠心分離機の補修方法。

請求項10

前記上下分割部よりも鉛直方向上方の前記テーパ部または前記本体部に対して吊下装置を設置する吊下装置固定工程と、前記吊下装置によって前記下方分割体を吊り下げて降下させる降下工程と、を有することを特徴とする請求項8又は9に記載の遠心分離機の補修方法。

請求項11

前記分割工程に先立ち、前記圧力容器内の前記下方分割体よりも鉛直方向下方の位置に、足場を形成する足場形成工程を有することを特徴とする請求項10に記載の遠心分離機の補修方法。

技術分野

0001

本発明は、粉体流体とを分離する遠心分離機、これを備えたガス化設備およびこれを備えたガス化複合発電設備ならびに遠心分離機の補修方法に関するものである。

背景技術

0002

従来より、粉体と流体とを分離する装置として、いわゆるサイクロンセパレータとされた遠心分離機(以下、単に「サイクロン」という。)が知られている。例えば、石炭等の炭素含有固体燃料を用いてガス化装置で生成した生成ガスを、ガス精製装置で精製して燃料ガスとするガス化設備がある。微粉炭高温酸素不足下でガス化する石炭ガス化装置では、チャー(石炭等の未反応分と灰分)を含む燃料ガスが発生するため、燃料ガスから粉体であるチャーを分離して除去するサイクロンが設けられている。サイクロンの筒部内では、チャーが旋回しながら下部に落下する。サイクロンの筒部の鉛直方向の下方は上方よりも内径が小さくなっているため、チャーの旋回速度が速く、チャー密度が高いため、筒部の下方の内表面はチャーによる摩耗が大きくなる。
サイクロンの筒部の下方にチャーによる摩耗で傷付が大きく生じた場合、摩耗部位を含む筒部全体の交換を実施しており、大がかりな工事となるため、計画的に保守点検期間に合わせて対応が出来るように工夫が必要となる。

0003

下記の特許文献1では、ボイラ排気系統に設けられるサイクロン集塵機が開示されている。このサイクロン集塵機は、粉塵により筒部が偏摩耗して一部に穴が空き筒部全体を取り替えざるをえないという事態を回避するため、筒部を適宜回転させて偏摩耗を防止することが開示されている。

先行技術

0004

実開平7−7751号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、特許文献1のように筒部を適宜回転させて偏摩耗を防止する対策を行っても、摩耗が所定限度に達すると摩耗を生じていない筒部の部位を含めて、サイクロン筒部全体を交換しなければならず、大がかりな工事が必要となるとともに、健全な部位の部品の無駄な交換を生じることになる。

0006

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、筒部の摩耗が進んで筒部を交換する場合であっても大がかりな工事を必要としない遠心分離機、これを備えたガス化設備およびこれを備えたガス化複合発電設備ならびに遠心分離機の補修方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上記課題を解決するために、本発明の遠心分離機、これを備えたガス化設備およびこれを備えたガス化複合発電設備ならびに遠心分離機の補修方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる遠心分離機は、鉛直上下方向に延在する中心軸線を有する筒状の本体部と、粉体と流体との混合気を前記本体部内で前記中心軸線回りに旋回するように導入する導入部と、前記本体部の鉛直方向下方に接続され、下方に向かって内径が先細り形状とされたテーパ部と、該テーパ部の鉛直方向下方に設けられ、前記混合気から分離された前記粉体を排出する排出部とを備え、前記テーパ部には、鉛直方向上下に分割可能な上下分割部が設けられていることを特徴とする。

0008

導入部から筒状の本体部内に導入された混合気は、本体部内で中心軸線回りに旋回を行い、流体(例えばガス)よりも比重が大きい粉体が遠心力によって本体部の内壁面側に向かう。本体部の内壁面側に向かった粉体は、旋回しつつ自重によって降下し、鉛直下方のテーパ部を通って排出部から遠心分離機(サイクロン)の外部へと排出される。テーパ部は、鉛直方向の下方に向かって先細りとなっているため、下方に行くほど内径が小さくなり、粉体の旋回速度が速くなるとともに粉体密度も高くなる。このため、テーパ部の下方ほど粉体によるテーパ部内壁の摩耗量が大きくなり減肉や付傷により寿命が短くなる。そこで、鉛直方向の上下に分割可能な上下分割部にてテーパ部を分割することとした。これにより、摩耗量が比較的大きな鉛直方向下方のテーパ部を上方のテーパ部から分離することができ、下方の部分のみを交換することができるので、本体部及びテーパ部の全体を交換する場合に比べて作業を容易にすることができる。また、交換部分が下方の部分のみで済むので、本体部及びテーパ部の全体を交換する場合に比べて交換する部品のコストを削減することができる。
テーパ部の「上下分割部」としては、例えば、フランジ構造が挙げられる。ただし、分割可能であればフランジ構造に限定されるものではなく、溶接構造としてもよい。
上下分割部の位置としては、テーパ部内壁の摩耗速度によって決定されるが、例えば、テーパ部の上端流路断面積に対して50%以下、好ましくは30%以下の流路断面積となった位置とされる。

0009

さらに、本発明の遠心分離機では、前記上下分割部よりも鉛直方向下方の下方分割体は、該下方分割体をさらに分割可能な下方分割部が設けられていることを特徴とする。

0010

上下分割部よりも下方の下方分割体には、さらに分割可能とされた下方分割部が設けられている。これにより、下方分割体をさらに小さく分割することができ、搬入出時の取扱いが容易となる。
下方分割部は、上下方向(中心軸線方向)に分割する分割部であっても良いし、中心軸線回りの周方向に分割する分割部であっても良い。
テーパ部の下方に円筒状の下部筒部がさらに接続されている場合には、テーパ部と下部筒部との境目を下方分割部としても良い。

0011

さらに、本発明の遠心分離機では、前記上下分割部よりも鉛直方向上方には、前記上下分割部よりも下方の下方分割体に下端吊り下げ保持した吊下装置の上端を固定する固定部が設けられていることを特徴とする。

0012

下方分割体を吊り下げる吊下装置の上端を固定する固定部を上下分割部よりも上方に設けることによって、上下分割部の上方を支持点として下方分割体を吊り下げることができる。このように固定部を上下分割部の上方に設けることによって、下方分割体を吊り下げる作業を容易に行うことができる。
「吊下装置」としては、典型的には、チェーンブロックが挙げられる。

0013

さらに、本発明の遠心分離機では、前記本体部及び前記テーパ部を内部に収容するとともに、運転時において前記混合気の圧力と大気圧との圧力差が加えられる圧力容器を備え、該圧力容器には、前記テーパ部よりも鉛直方向下方の位置に、作業員が通過可能なマンホールが形成されていることを特徴とする。

0014

下方分割体は、上下分割部から分割された後に降下させられる。そして、圧力容器には、テーパ部よりも下方の位置にマンホールが形成されているので、このマンホールを介して、取り外した下方分割体を搬出し、また交換する新たな下方分割体を搬入することができる。

0015

さらに、本発明の遠心分離機では、前記上下分割部よりも鉛直方向下方の下方分割体は、該下方分割体をさらに分割可能な下方分割部により、前記マンホールを通過することができる大きさまで分割可能とされていることを特徴とする。

0016

マンホールを通過することができる大きさまで下方分割体を分割することができるので、マンホールを介して下方分割体を搬出または搬入することができる。
マンホールの内径が例えば600mmとされる場合には、分割後の小片は600mm未満の大きさとされる。また、重量としては、作業者台車等を用いて持ち運べる重量が好ましく、例えば50〜100kgとされる。

0017

また、本発明のガス化設備は、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉と、該ガス化炉からガス化されたガス化ガスが導かれる上記のいずれかに記載の遠心分離機と、記遠心分離機で分離した前記紛体を前記ガス化炉へ戻す供給装置とを備えていることを特徴とする。

0018

ガス化炉にてガス化されたガス化ガスには、未燃成分としてのチャー(粉体)が含まれている。このチャーを遠心分離機によって分離する。分離されたチャーは、例えば、チャーバーナからガス化炉内に再び導かれる。

0019

また、本発明のガス化複合発電設備は、上記のガス化設備と、ガス化炉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、ガスタービンによって駆動される発電機とを備えていることを特徴とする。

0020

また、本発明の遠心分離機の補修方法は、圧力容器内部に設置された内筒の鉛直上下方向に中心軸線を有する筒状の本体部と、粉体と流体との混合気を前記本体部内で前記中心軸線回りに旋回するように導入する導入部と、前記本体部の鉛直方向下方に接続され、下方に向かって内径が先細り形状とされたテーパ部と、該テーパ部の鉛直方向下方に設けられ、前記混合気から分離された前記粉体を排出する排出部とを備えた遠心分離機の補修方法であって、前記テーパ部を鉛直方向上下に分割する上下分割部から下方の下方分割体を前記本体部側から取り外して分割する分割工程と、該分割工程にて分割された前記下方分割体を撤去する撤去工程と、該撤去工程にて撤去された前記下方分割体の交換品となる交換用下方分割体を前記上下分割部よりも上方の前記テーパ部に対して取り付ける取付工程とを有することを特徴とする。

0021

摩耗が比較的激しい下方のテーパ部を上方のテーパ部から分離することができ、下方のテーパ部のみを交換することができるので、本体部及びテーパ部の全体を交換する場合に比べて作業を容易にすることができる。また、交換部分が下方のテーパ部のみで済むので、本体部及びテーパ部の全体を交換する場合に比べて交換する部品のコストを削減することができる。

0022

さらに、本発明の遠心分離機の補修方法では、前記圧力容器には、作業員が通過可能なマンホールが形成され、前記下方分割体をさらに分割する細分割工程と、前記マンホールを通過して搬入または搬出する搬入出工程とを有することを特徴とする。

0023

下方分割体をさらに小さく分割することにより、取扱いが容易となる。
下方分割体は、上下方向(中心軸線方向)に分割しても良いし、中心軸線回りの周方向に分割しても良い。

0024

さらに、本発明の遠心分離機の補修方法では、前記上下分割部よりも鉛直方向上方の前記テーパ部または前記本体部に対して吊下装置を設置する吊下装置固定工程と、前記吊下装置によって前記下方分割体を吊り下げて降下させる降下工程とを有することを特徴とする。

0025

上下分割部よりも上方のテーパ部または本体部に対して吊下装置を設置して、下方分割体を吊り下げて降下させることで、容易に下方分割体を取り外すことができる。

0026

さらに、本発明の遠心分離機の補修方法では、前記分割工程に先立ち、前記圧力容器内の前記下方分割体よりも鉛直方向下方の位置に、足場を形成する足場形成工程を有することを特徴とする。

0027

搬入出工程に先立ち、圧力容器内に足場を形成することにより、下方分割体を搬入出する際の作業場を確保することができる。足場は、遠心分離機の補修が終了した後に撤去される。

発明の効果

0028

テーパ部に設けた上下分割部よりも下方の部分のみを交換することができるので、本体部及びテーパ部の全体を交換する場合に比べて作業を容易にすることができ、大がかりな工事を必要としない。

図面の簡単な説明

0029

本発明の一実施形態を示す石炭ガス化複合発電設備を示した概略構成図である。
図1のサイクロンを示した縦断面図である。
図2のサイクロンの内筒のテーパ部周りの詳細を示した正面図である。
図2の内筒を上下方向に分割した状態を示した詳細図である。
周方向に分割可能な下部テーパ部を示した平面図である。

実施例

0030

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態のガス化設備は、例えば、図1に示すような石炭ガス化複合発電設備(以下「IGCC」:Integrated Coal Gasification Combined Cycleという。)1において、図示しないミルによって粉砕された石炭(微粉炭)をガス化炉内に投入して可燃性ガス(ガス化ガス)を生成するための装置に用いられる。なお、以下の説明では、微粉炭から可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉10を例示する。本発明のガス化設備は、炭素含有固体燃料が好適に用いられるが、石炭以外で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、本発明のガス化設備は、IGCCとして生成した生成ガスを、ガス精製設備で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン設備に供給して発電を行っているが、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。

0031

図1に示すように、IGCC1は、主な構成要素として、燃料である微粉炭を供給する給炭装置20と、ガス化剤とともに供給された微粉炭をガス化して可燃性ガスを含む生成ガスを生成する石炭ガス化炉10と、生成ガスとして可燃性ガスとともに排出されるチャー(石炭の未燃分と灰分による粉体)を分離して回収して石炭ガス化炉10に戻されて再利用可能するチャー回収装置30と、可燃性ガスを精製してガス中から不純物を取り除くガス精製設備40と、精製された可燃性ガスを燃料として運転されるガスタービン設備50と、ガスタービン設備50から排出される高温の燃焼排ガス中の熱を回収して蒸気を生成する排熱回収ボイラHRSG)60と、排熱回収ボイラ60から供給される蒸気により運転される蒸気タービン70と、を具備して構成される。

0032

石炭ガス化炉10には、例えば空気吹二段噴流床ガス化炉と呼ばれる方式の炉が採用されている。この石炭ガス化炉10は、酸化剤とともに導入した微粉炭を部分燃焼させることでガス化させて可燃性ガスを含む生成ガスを生成する装置である。そして、石炭ガス化炉10で生成した生成ガスは可燃性ガスとともに微粒子状態のチャーを含むため、可燃性ガス供給系統11を介して、後述するチャー回収装置30へと導かれる。
ここで使用する酸化剤としては、空気、酸素富化空気酸素水蒸気等を例示でき、例えばガスタービン設備50から導入した圧縮空気酸素分離装置(ASU)80から供給される酸素を混合して使用されてもよい。

0033

また、酸素供給流路83は、酸素分離装置80で得られた酸素ガスを石炭ガス化炉10へ供給する配管流路である。

0034

石炭ガス化炉10には、後述するガスタービン設備50の圧縮機52から、酸化剤として抽気した圧縮空気の供給を受ける空気供給流路55が接続されている。

0035

石炭ガス化炉10で生成された生成ガスは、チャーを含んだ状態でチャー回収装置30へ導かれる。チャー回収装置30は、集塵装置としてサイクロン(遠心分離機)31とポーラスフィルタ32とが連結管33を介して直列に接続された構成とされ、上流側に設置されたサイクロン31で粒子分離除去させた可燃性ガス成分がポーラスフィルタ32へ導入される。なお、ポーラスフィルタ32は、サイクロン31の後流側に設置されたフィルタであり、可燃性ガスの微細チャーを回収する設備である。
チャー回収装置30は、集塵して可燃性ガスから分離されたチャーは、供給ホッパ(供給装置)38で貯留される。なお、チャー回収装置30と供給ホッパ38との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ38を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ38からのチャー戻しラインイナートガス供給流路81に接続されている。

0036

チャー回収装置30でチャーを分離除去された可燃性ガスは、可燃性ガス供給系統34を介してガス精製設備40へ導かれる。このガス精製設備40では、可燃性ガスを精製して硫黄化合物窒素化合物などの不純物を取り除き、ガスタービン設備50の燃料ガスに適した性状の可燃性ガスとする。
ガス精製設備40で生成された可燃性ガス(燃料ガス)は、可燃性ガス供給系統41を介してガスタービン設備50の燃焼器51に供給され、圧縮機52から導入した圧縮空気を用いて燃焼させられる。

0037

可燃性ガスが燃焼すると、高温高圧燃焼ガスが生成されて燃焼器51からガスタービン53へ供給される。この結果、高温高圧の燃焼ガスが膨張することで仕事をしてガスタービン53を回転駆動するとともに、高温の燃焼排ガスが排出される。そして、ガスタービン53の軸回転出力は、発電機71や圧縮機52の回転駆動源として使用される。
なお、圧縮機52から供給される圧縮空気は、可燃性ガス燃焼用として燃焼器51へ供給されるだけでなく、一部が抽気されて抽気空気昇圧器54で昇圧された後、空気供給流路55を通って石炭ガス化炉10の酸化剤としても使用される。

0038

ガスタービン53で仕事をした燃焼排ガスは、排熱回収ボイラ60へ導かれる。この排熱回収ボイラ60は、燃焼排ガスが保有する熱を回収して給水から蒸気を生成する設備である。すなわち、排熱回収ボイラ60では、燃焼排ガスと給水との熱交換により蒸気を生成し、生成された蒸気は蒸気タービン70へ供給され蒸気タービン70が回転駆動し、温度低下した燃焼排ガスは必要な処理を施した後に大気へ放出される。
こうして駆動されたガスタービン53及び蒸気タービン70は、例えば同軸の発電機71を回転駆動して発電する駆動源となる。なお、ガスタービン53及び蒸気タービン70は、各々専用の発電機71を回転駆動するようにしてもよく、特に限定されることはない。

0039

次に、図2を用いて、上述したサイクロン31の詳細を説明する。
同図に示すように、サイクロン31は、圧力容器3と、圧力容器3内に収容された内筒4とを備えている。
圧力容器3は、上下方向に延在する中心軸線を有する筒形状を有しており、IGCC1の運転時には内圧が所定の正圧状態に維持される容器となっている。

0040

圧力容器3の上端を構成する上部鏡3aには、連結管33(図1参照)の上流部が挿通するように設けられている。連結管33を介して、内筒4にてチャーから分離された可燃性ガスがさらに微細のチャーを除去するためにポーラスフィルタ32(図1参照)へと導かれる。連結管33の上流部は、図2に示すように、鉛直上下方向に延在しており、下端が内筒4内に開口している。

0041

圧力容器3の鉛直方向上方の側部には、石炭ガス化炉10から導かれた可燃性ガスとチャーとの混合気(生成ガス)を内筒4内に導く混合気導入配管(導入部)5が挿通している。混合気導入配管5は、その下流端が内筒4内に開口するように内筒4に対して接続されている。すなわち、混合気導入配管5の下流端が混合気を内筒4内に導入する導入部となっている。
混合気導入配管5の下流端が内筒4内に開口する高さ位置は、連結管33の下端よりも鉛直方向の高さが高い位置に設定されている。混合気導入配管5の開口から内筒4内に導入される混合気は、内筒4の中心軸線回りに旋回するように導入される。

0042

圧力容器3の下方は先細り状とされており、その下端には、内筒4にて分離されたチャーを供給ホッパ38で一時貯留した後に石炭ガス化炉10へと導くチャー供給配管(図示せず)が接続されている。可燃性ガスから、内筒4で分離されたチャーの粒子は、内筒4の鉛直下方の開口から重力で落下し、圧力容器3の鉛直下方に先細り状となる内周壁面により集塵されて、供給ホッパ38へと重力を利用してチャーが搬送されて回収される。
混合気(可燃性ガス)は石炭ガス化炉10内の高い圧力の状態で混合気導入配管5によりサイクロン31内に導入されるが、サイクロン31は圧力容器3の中に内筒4を設けた構造である。このため、混合気と周囲外気圧との圧力差は、圧力容器3で耐久させてあり、内に収容された内筒4には圧力差による応力は発生しない。内筒4の構造や肉厚は、チャーが旋回しながら下部に落下する混合気の旋回力とチャーの摩耗に対して,所定期間耐久性のある肉厚があればよく、以降に説明する内筒4をフランジ構造による分割可能な構造とすることが可能となる。

0043

圧力容器3の鉛直下方側部には、マンホール6が形成されている。メンテナンス作業には、マンホール6がテーパ部4bよりも下方の位置にマンホール6が形成されていると好ましい。マンホール6の内径は、例えば600mmとされており、メンテナンス時に作業者が圧力容器3内に入ることができる大きさとなっている。したがって、マンホール6は、IGCC1の運転中には閉鎖される。マンホール6よりも鉛直下方の圧力容器3内には、仮設の足場7が設置できるようになっている。作業者は、マンホール6から圧力容器3内に入り、足場7上にてメンテナンス作業を行うことができる。足場7は、メンテナンス時にのみ設置され、IGCC1の運転時には撤去される。
なお、足場7を設置する場所は、マンホール6がテーパ部4bよりも鉛直下方の位置に形成されていない場合には、マンホール6位置に拘ることなく、下方分割体21よりも鉛直下方の圧力容器3内に、足場7を設置してもよい。

0044

内筒4は、圧力容器3と同じ中心軸線を有して鉛直上下方向に延在して設けられた中空形状とされている。内筒4は、上方から、円筒形状とされた上方筒部(本体部)4aと、略円錐台形状とされたテーパ部4bと、円筒形状とされた下方筒部(排出部)4cとを有している。

0045

上方筒部(本体部)4aは、図示しない手段によって圧力容器3に対して固定されていて、上部鏡3aまたは圧力容器3の鉛直方向上部内面から吊り下げ保持されていたり、圧力容器3の内面から支持構造を設けて保持してもよい。上方筒部4aの側壁には、混合気導入配管5が上方筒部4aの周方向内面に向かって接続されている。混合気導入配管5から導かれた混合気は、上方筒部4aの内壁に沿って中心軸線回りに旋回して流れ、遠心力によって分離されたチャーが自重により降下する。

0046

テーパ部4bは、その鉛直方向上端が上方筒部4aの下端に対してフランジ構造や溶接などにより気密に接続されている。テーパ部4bは、下方に向かって先細り形状とされている。テーパ部4b内には、上方筒部4aから導かれたチャーが導かれ、チャーはさらに旋回径を小さくして旋回速度を増速しつつ下降する。そして、テーパ部4bの下端に接続された下方筒部4cから、テーパ部4bから導かれたチャーが鉛直下方に排出される。

0047

テーパ部4bの鉛直上下方向における途中位置には、テーパ部4bを上下に分割することが可能な上下分割部8が設けられている。すなわち、この上下分割部8を境として、テーパ部4bを上部テーパ部4b1と下部テーパ部4b2とに分けられるようになっている。これにより、上方筒部4aに固定された上部テーパ部4b1から、下部テーパ部4b2及び下方筒部4cを下方分割体21として各々を取り外すように切り離すことができる。
上下分割部8の高さ位置は、テーパ部4bの上端における最大流路断面積(=πD2/4)に対して50%以下、好ましくは30%以下の流路断面積となった位置とされる。具体的には、テーパ部4bの内壁の摩耗量によって決定され、図2の右側に模式的に横軸を摩耗量とし縦軸を内筒4の位置との相関例をグラフで示しているように、テーパ部4bの内壁の摩耗量が急に増大する位置が選定される。この位置は、各種試験シミュレーションによって決定される。

0048

図3に示されているように、上下分割部8は、フランジ構造によって構成されている。これにより、分割及び接続が可能となり、メンテナンスが容易になる。
また、同図に示されているように、上部テーパ部4b1の外周側面には、円周方向に略等間隔で配置された複数の固定側ラグ(固定部)9aが設けられている。下部テーパ部4b2の外周側面にも、固定側ラグ9aに対応する円周方向位置に、複数の移動側ラグ9bが設けられている。それぞれ対応する固定側ラグ9aと移動側ラグ9bとの間にチェーンブロック(吊下装置)13を掛け渡すことにより、図4に示すように下方分割体21を固定側である上方筒部4a及び上部テーパ部4b1から吊り下げることができる。

0049

下部テーパ部4b2と下方筒部4cとは、例えばフランジ構造とされた第1小分割部(下方分割部)14aにて分割可能となっている。
さらに、図5に示すように、下部テーパ部4b2は、フランジ構造とされた第2小分割部(下方分割部)14bによって周方向に8つに分割できるようになっている。図示しないが、下方筒部4cも下部テーパ部4b2と同様に第2小分割部によって周方向に分割されるようになっている。
このように、第1小分割部14a及び第2小分割部14bを用いて分割された後の小片は、圧力容器3に設けたマンホール6を通過することができる大きさとされる。例えば、マンホール6の内径が600mmとされる場合には、分割後の小片は600mm未満の大きさとされる。また、小片の重量としては、作業者が台車等を用いて持ち運べる重量が好ましく、例えば50〜100kgとされる。

0050

次に、上記構成のサイクロン31の補修方法について説明する。
IGCC1の運転を行い所定時間経過すると、サイクロン31の内筒4の内面の鉛直方向下方においてチャーによる摩耗が進行する。そして、メンテナンス時にIGCC1の運転を停止した際に、内筒4の補修作業を行う。

0051

先ず、圧力容器3のマンホール6の蓋を開け、作業者が圧力容器3内に入り、足場7(図2参照)を設置する(足場形成工程)。次に、作業者は、上部テーパ部4b1に取り付けられた固定側ラグ9aと下部テーパ部4b2に取り付けられた移動側ラグ9bとの間にチェーンブロック13を掛け渡す(吊下装置設置工程)。その後、フランジ構造とされた上下分割部8のボルト等を外し、上部テーパ部4b1と下部テーパ部4b2とを分割し(分割工程)、図4に示したように下部テーパ部4b2及び下方筒部4cを下方分割体21として吊り下げ、足場7まで降ろす(降下工程)。

0052

足場7上に載置された下方分割体21は、フランジ構造とされた第1小分割部14a(図3参照)のボルト等を外して、下部テーパ部4b2と下方筒部4cとに分割する。さらに、フランジ構造とされた第2小分割部14b(図5参照)のボルト等を外して、下部テーパ部4b2及び下方筒部4cとを周方向に分割する(細分割工程)。このようにして分割された複数の小片は、作業者により台車等を用いてマンホール6から圧力容器3の外へと搬出される(撤去工程)。

0053

次に、交換を行うために新品の下方分割体21を構成する複数の小片を用意する。各小片は、組み立てる前の分割された状態で、作業者によってマンホール6から圧力容器3内に持ち込まれる(搬入工程)。
足場7にて、フランジ構造とされた第2小分割部14bを用いて各小片を組み立てて下部テーパ部4b2及び下方筒部4cをそれぞれ形成する。そして、これら下部テーパ部4b2と下方筒部4cとをフランジ構造とされた第1小分割部14aを用いて接続し、下方分割体21を形成する。第1小分割部14a及び第2小分割部14bによって接続されたつなぎ目の内周面側に段差がある場合は、グラインダーによって処理することで、内周面における段差を低減するようにする。
そして、下部テーパ部4b2に設けられた移動側ラグ9bと上部テーパ部4b1に設けられた固定側ラグ9aとの間にチェーンブロック13を掛け渡す。下方分割体21は、チェーンブロック13によって、下部テーパ部4b2の上端と上部テーパ部4b1の下端とが付き合わされる位置まで上昇させられる。この位置で、フランジ構造とされた上下分割部8を用いて上部テーパ部4b1と下方分割体21とが接続される(取付工程)。上下分割部8によって接続されたつなぎ目の内周面側に段差がある場合は、グラインダーによって処理することで、内周面における段差を軽減するようにする。
上述の作業が終了すると、足場7を撤去し、マンホール6の蓋を閉めて運転待機状態とする。

0054

以上により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
混合気導入配管5から内筒4内に導入された混合気は、内筒4内で中心軸線回りに旋回を行い、ガスよりも比重が大きいチャーが遠心力によって内筒4の内壁面側に向かう。内筒4の内壁面側に向かったチャーは、旋回しつつ自重によって降下し、鉛直方向下方のテーパ部4bを通って下方筒部4cの下端から内筒4の外部へと排出される。テーパ部4bは、鉛直方向下方に向かって先細りとなっているため、下方に行くほど内径が小さくなり、チャーの旋回速度が速くなるとともにチャー密度も高くなる。このため、テーパ部4bの下方ほどチャーによるテーパ部4b内壁の摩耗量が大きくなる。そこで、上下に分割可能な上下分割部8にてテーパ部4bを分割することとした。これにより、摩耗が比較的多い下部テーパ部4b2を上部テーパ部4b1から分離して取り外すことができ、下方分割体21のみを交換することができるので、内筒4全体を交換する場合に比べて作業を容易にすることができる。また、交換部分が下方分割体のみで済むので、内筒4全体を交換する場合に比べて交換する部品のコストを削減することができる。

0055

上下分割部8よりも鉛直方向下方の下方分割体21には、さらに分割可能とされた下方分割部として第1小分割部14a及び第2小分割部14bが設けられている。これにより、下方分割体21をさらに小さく細分割をすることができ、圧力容器3のマンホール6からの搬入出時の取扱いが容易となる。
第1小分割部14aによって、下部テーパ部4b2と下方筒部4cとを中心軸線方向に分割して切り離すことで、円錐台形状の部分と円筒形状の部分とを分けて分割することができる。第2小分割部14bによって、中心軸線回りの周方向に分割することで、略同一形状の小片に分割することができる。

0056

下方分割体21を吊り下げるチェーンブロック13の上端を固定する固定側ラグ9aを上部テーパ部4b1に設けることによって、上下分割部8の上方を支持点として下方分割体21を吊り下げることができる。これにより、下方分割体21を吊り下げる作業を容易に行うことができる。

0057

圧力容器3には、テーパ部4bよりも下方の位置にマンホール6が形成されているので、このマンホール6を介して、取り外した下方分割体21を搬送可能なサイズに更に分割をして搬出し、また交換する新たな下方分割体21を更に分割したものを搬入することができる。
すなわち、第1小分割部14a及び第2小分割部14bにより、マンホール6を通過することができる大きさまで下方分割体21を細分割することができるので、マンホール6を介して下方分割体21を搬出、または交換品を搬入することができる。

0058

内筒4の補修作業の際に、圧力容器3内に足場7を形成することにより、下方分割体21を搬入出する際の更なる分割部品の組み上げ作業と、内筒4への下方分割体21の取外しと新品の取付作業のための作業場を確保することができ、作業が容易となる。

0059

なお、本実施形態では、遠心分離機の一例としてIGCC1に用いられるサイクロン31を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、流体と粉体とを遠心分離する遠心分離機に適用できるものである。

0060

本実施形態の下方分割体21は、下部テーパ部4b2及び下方筒部4cを意味するが、本発明はこれに限定されるものではなく、下方分割体21は、上下分割部8によって分割される下方の構造体を意味し、例えば下方筒部4cが設けられていない場合には、下部テーパ部4b2のみが下方分割体となる。

0061

本実施形態では、上下分割部8、第1小分割部14a及び第2小分割部14bの一例としては、フランジ構造としたが、本発明は分割可能であればフランジ構造に限定されるものではなく、例えば溶接構造としてもよい。

0062

本実施形態では、吊下装置としてチェーンブロック13を用いることとしたが、下方分割体21を吊り下げることができる装置であればチェーンブロック13に限定されるものではない。

0063

本実施形態では、上部テーパ部4b1に固定側ラグ9aを設けることとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、上下分割部8よりも鉛直方向上方であればよく、例えば、上方筒部4aに固定側ラグ9aを設けても良い。

0064

本実施形態では、下方分割体21を一体として分割してすることとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、内筒4が偏摩耗している場合等には、上下分割部8だけでなく第1小分割部14aや第2小分割部14bを用いて小片のみを分割して交換するようにしてもよい。
また、本実施形態では、下方分割体21を足場7で形成した後に一体として上昇させて上部テーパ部4b1に対して取り付けることとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、分割された小片ごとに上昇させて上部テーパ部4b1に対して取り付けることとしてもよい。

0065

1IGCC(ガス化複合発電設備)
3圧力容器
3a 上部鏡
4内筒
4a 上方筒部(本体部)
4bテーパ部
4b1 上部テーパ部
4b2 下部テーパ部
4c 下方筒部(排出部)
5混合気導入配管(導入部)
6マンホール
7足場
8 上下分割部
9a 固定側ラグ
9b移動側ラグ
10石炭ガス化炉
11可燃性ガス供給系統
13チェーンブロック(吊下装置)
14a 第1小分割部(下方分割部)
14b 第2小分割部(下方分割部)
20給炭装置
21 下方分割体
30チャー回収装置
31サイクロン(遠心分離機)
38供給ホッパ(供給装置)
40ガス精製設備
50ガスタービン設備
60排熱回収ボイラ(HRSG)
70蒸気タービン
80酸素分離装置(ASU)

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