特許 7399613 冷却壁、ガス化炉、ガス化複合発電設備及び冷却壁の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-08

(45)【発行日】2023-12-18

(54)【発明の名称】冷却壁、ガス化炉、ガス化複合発電設備及び冷却壁の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F23M 5/08 20060101AFI20231211BHJP

   F02C 6/00 20060101ALI20231211BHJP

   F01K 23/14 20060101ALI20231211BHJP

   F23D 14/78 20060101ALI20231211BHJP

【ＦＩ】

F23M5/08 A

F02C6/00 E

F01K23/14

F23D14/78 A

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018212150

(22)【出願日】2018-11-12

(65)【公開番号】P2020079660

(43)【公開日】2020-05-28

【審査請求日】2021-10-08

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100172524

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】小永吉 勇汰

(72)【発明者】

【氏名】豊丸 誠

(72)【発明者】

【氏名】室矢 健吾

(72)【発明者】

【氏名】中馬 文広

【審査官】大谷 光司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１４６０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５５９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１５２９８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｍ ５／０８

Ｆ０２Ｃ ６／００

Ｆ０１Ｋ ２３／１４

Ｆ２３Ｄ １４／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に冷却媒体が流れる複数の冷却管の軸中心が並んで形成された壁面と、
前記壁面の一部に形成され、バーナが挿入され設置可能な開口部と、
を備え、
前記開口部を形成する前記複数の冷却管は、それぞれ直線形状部分と湾曲形状部分を有し、
前記直線形状部分の軸方向に延長した第１仮想軸が前記開口部と重なり合う第１冷却管と、
前記直線形状部分の軸方向に延長した第２仮想軸が前記開口部の外周よりも径方向外側に位置する第２冷却管と、
を有し、
前記第１冷却管の前記湾曲形状部分は、前記開口部の外周面に沿って、所定間隔以下で前記壁面から直交する方向に離隔して湾曲を形成して配置され、
前記第２冷却管の前記湾曲形状部分は、前記壁面と直交する方向に前記第１冷却管と離隔して湾曲を形成して配置されていて、
前記第１冷却管の前記湾曲形状部分は、前記所定間隔を前記第１冷却管の直径と同一長さのピッチ分として、前記壁面から直交する方向に離隔して配置される冷却壁。

【請求項2】

前記複数の冷却管の間にはフィンが配置され、
前記壁面は筒状に形成され、
前記壁面に対して内側では、前記バーナにより燃焼ガスが生成される請求項１に記載の冷却壁。

【請求項3】

前記壁面は筒状に形成され、
複数本の前記第２冷却管の前記湾曲形状部分が、前記第１冷却管に対して前記壁面の径方向外側に配置されている請求項１又は２に記載の冷却壁。

【請求項4】

前記開口部の周囲における前記壁面に対して内側に設置され、耐火材を有する密閉部を更に備える請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却壁。

【請求項5】

前記開口部の周囲における前記壁面に対して外側に設置され、前記壁面の外側と前記バーナに接続した密閉容器を更に備え、前記密閉容器内部に耐火材が充填されている請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却壁。

【請求項6】

前記密閉容器内の前記耐火材は、前記バーナの周囲に設置されたバーナ用冷却管から離隔して前記密閉容器を着脱可能に配置されている請求項５に記載の冷却壁。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載の冷却壁を備えるガス化炉。

【請求項8】

炭素含有固体燃料を燃焼、ガス化することで生成ガスを生成する、請求項１から６のいずれか１項に記載の冷却壁を備えるガス化炉設備と、
前記ガス化炉設備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、
前記ガスタービンから排出されたタービン排ガスを導入する排熱回収ボイラで生成した蒸気により回転駆動する蒸気タービンと、
前記ガスタービン及び／又は前記蒸気タービンの回転駆動に連結された発電機と、
を備えているガス化複合発電設備。

【請求項9】

内部に冷却媒体が流れる複数の冷却管の軸中心を並べて壁面を形成するステップと、
バーナが挿入され設置可能な開口部を、それぞれ直線形状部分と湾曲形状部分を有する複数の冷却管によって形成するステップと、
を備え、
前記開口部を形成するステップは、
前記直線形状部分の軸方向に延長した第１仮想軸が前記開口部と重なり合う第１冷却管を、前記第１冷却管の前記湾曲形状部分が、前記開口部の外周面に沿って、所定間隔以下で前記壁面から直交する方向に離隔して湾曲を形成するように配置するステップと、
前記直線形状部分の軸方向に延長した第２仮想軸が前記開口部の外周よりも径方向外側に位置する第２冷却管を、前記第２冷却管の前記湾曲形状部分は、前記壁面と直交する方向に前記第１冷却管と離隔して湾曲を形成するように配置するステップと、
を有し、
前記第１冷却管を配置するステップは、前記第１冷却管の前記湾曲形状部分は、前記所定間隔を前記第１冷却管の直径と同一長さのピッチ分として、前記壁面から直交する方向に離隔して配置される冷却壁の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却壁、ガス化炉、ガス化複合発電設備及び冷却壁の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、ガス化炉設備として、石炭等の炭素含有固体燃料をガス化炉内に供給し、炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化することで、可燃性ガスを生成する炭素含有燃料ガス化設備（石炭ガス化設備）が知られている。

【0003】

例えばガス化炉は、内部に供給された石炭を粉砕した微粉炭である微粉燃料（炭素含有固体燃料）及びチャー（石炭の未反応分及び灰分）を酸化剤（空気、酸素）により部分燃焼させることでガス化させ、可燃性ガスを生成する。ガス化炉は、圧力容器と、圧力容器の内部に設けられるガス化炉壁とを有している。

【0004】

ガス化炉壁の内部の空間において、鉛直方向の下方側（つまり、生成ガスの流通方向の上流側）から順に、コンバスタ部、ディフューザ部、リダクタ部が形成されている。コンバスタ部におけるガス化炉壁には、複数のバーナが挿入されて配置されている。

【0005】

ガス化炉壁は、例えば、下記の特許文献１でも開示されているように、内部に水等の冷却媒体が流通する複数の冷却管（炉壁管）によって壁状に構成されており、バーナは、バーナ用冷却管によって取り囲まれて設置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１４－１５２９８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ガス化炉壁は、複数の炉壁管（冷却管）の間に配置された金属板で構成されたフィンを有する。炉壁管とフィンは互いに溶接によって接合される（この構成は、メンブレン構造とも呼ばれる。）。これにより、ガス化炉壁の炉壁管内へと有効に伝熱させてガス化炉壁よりも外側への伝熱が低減し、ガス化炉壁よりも内側の内部空間の気密性が保たれる。また、２本の炉壁管の間のフィン幅は、炉壁管内への伝熱性から上限値（所定値）以下とされ、フィンの焼損が防止される。

【0008】

コンバスタ部におけるガス化炉壁には、バーナが挿入される開口部が、バーナの設置箇所に合わせて複数形成される。各開口部は、炉壁管の一部を炉外側に向かい周方向にも湾曲することによって形成されている。なお、開口部以外の領域では、炉壁管は、通常、直管のまま配置される。従来、開口部の周囲に配置される複数本の炉壁管は、上述したフィン幅が上限値を超えないように、かつ、複数本の炉壁管によって末広がりとなった略円錐台（立体）形状を形成するように、それぞれ管曲げ加工されて湾曲されている。

【0009】

また、バーナと炉壁管の間の隙間を小さくするため、湾曲に形成された炉壁管が配置されると共に、ガス化炉壁よりも炉外側にシールボックスが設置されることによって、内部空間からのガスの漏洩が防止される。さらに、シールボックス内部には、耐火材が充填される。

【0010】

上述した従来の開口部の周囲に配置される複数の炉壁管は、バーナ挿入用の開口部を形成するため、ガス化炉壁の壁面よりも炉外側に湾曲されて配置される。ここで、壁面とは、複数の炉壁管の直線状部分によって構成される面である。バーナの中心軸に近い炉壁管ほど、ガス化炉壁の壁面から遠い位置まで湾曲されており、複数の炉壁管は略円錐台形状でバーナを囲んでいる。略円錐台形状内部のバーナは、炉内部空間の高温ガスに曝される部分であり、かつ、バーナの先端はガス化炉壁の壁面部分よりも炉内部空間側へ突出して設置される。そのため、炉壁管とは別にバーナの周囲に筒形状を有するバーナ用冷却管が螺旋状に巻き付けられた状態で設置されており、冷却管は、バーナの高温化を防止している。

【0011】

また、略円錐台形状を形成する炉壁管の形状は複雑であり、かつ、バーナ外周との密着性を確保するための加工精度が要求される。さらに、シールボックス内部の耐火材が保たれるように、炉壁管を精度良く配置する必要がある。この点からも炉壁管は相応の加工精度が要求され、作業工数が増加するという問題がある。

【0012】

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、炉壁内に配置されて炉内部の高温ガスに曝される部分を低減し、かつ、開口部構造を簡素化することが可能な冷却壁、ガス化炉、ガス化複合発電設備及び冷却壁の製造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】

【0013】

本開示の第１態様に係る冷却壁は、内部に冷却媒体が流れる複数の冷却管の軸中心が並んで形成された壁面と、前記壁面の一部に形成され、バーナが挿入され設置可能な開口部とを備え、前記開口部を形成する前記複数の冷却管は、それぞれ直線形状部分と湾曲形状部分を有し、前記直線形状部分の軸方向に延長した第１仮想軸が前記開口部と重なり合う第１冷却管と、前記直線形状部分の軸方向に延長した第２仮想軸が前記開口部外周よりも径方向外側に位置する第２冷却管とを有し、前記第１冷却管の前記湾曲形状部分は、前記開口部の外周面に沿って、前記壁面に沿った面内に湾曲を形成して配置され、又は、所定間隔以下で前記壁面から直交する方向に離隔して湾曲を形成して配置され、前記第２冷却管の前記湾曲形状部分は、前記壁面と直交する方向に前記第１冷却管と離隔して湾曲を形成して配置されている。

【0014】

これにより、第１冷却管の湾曲形状を複雑な形状とすることなく、壁面に沿って複数の第１冷却管に取り囲まれるように開口部を形成できる。そして、バーナは、壁面内に配置された第１冷却管を境にして、開口部に挿入して設置される。また、第２冷却管は湾曲形状を複雑な形状とすることなく、第１冷却管との干渉を回避できる。そのため、冷却管の湾曲された部分が壁面から突出して略円錐台状に配置された従来の構成と比べて、開口部構造を簡素化することが可能となる。

【0015】

上記第１態様において、前記第１冷却管の前記湾曲形状部分は、前記所定間隔を前記第１冷却管の直径と同一長さのピッチ分以下として、前記壁面から直交する方向に離隔して配置されてもよい。

【0016】

この構成によれば、第１冷却管の湾曲形状部分を壁面から離隔して配置することで、複数の第１冷却管の間に設けたフィンの間隔を所定間隔以上に広げずに第１冷却管が配置しやすくなるので、第１冷却管の伝熱量の減少を抑制できる。

【0017】

上記第１態様において、前記複数の冷却管の間にはフィンが配置され、前記壁面は筒状に形成され、前記壁面に対して内側では、前記バーナにより燃焼ガスが生成されてもよい。

【0018】

この構成によれば、複数の冷却管の間には、フィンが配置されて、壁面は筒状に形成されている。壁面の炉内側には、バーナにより燃焼ガスが生成される。そのため、冷却管の湾曲形状された部分が壁面から突出して略円錐台状に配置された従来の構成と比べて、バーナが高温の燃焼ガスに曝される部分が低減される。

【0019】

上記第１態様において、複数本の前記第１冷却管の前記湾曲形状部分が、前記壁面に沿った面内に配置されてもよい。

【0020】

この構成によれば、複数本の第１冷却管が壁面に沿った面内に配置され、簡易に開口部が形成される。

【0021】

上記第１態様において、複数本の前記第２冷却管の前記湾曲形状部分が、前記第１冷却管に対して前記壁面の径方向外側に配置されてもよい。

【0022】

この構成によれば、複数本の第２冷却管が複数の第１冷却管よりも壁面の径方向外側に配置されることから、簡易に開口部が形成される。

【0023】

上記第１態様において、前記開口部の周囲における前記壁面に対して内側に設置され、耐火材を有する密閉部を更に備えてもよい。

【0024】

この構成によれば、密閉部が耐火材を有し、開口部の周囲における壁面の内側に設置されることから、冷却壁における熱伝達を低下させることで、冷却管の間に設けるフィン幅の制約が低減されて、平面曲げ構造とすることができて簡易に開口部が形成される。

【0025】

上記第１態様において、前記開口部の周囲における前記壁面に対して外側に設置され、前記壁面の外側と前記バーナに接続した密閉容器を更に備え、前記密閉容器内部に耐火材が充填されてもよい。

【0026】

この構成によれば、密閉容器内に耐火材が充填され、密閉容器が開口部の周囲における壁面の炉外側とバーナの間に設置されることから、壁面の炉内側の空間からの燃焼ガスの漏洩を防止する。

【0027】

上記第１態様において、前記密閉容器内の前記耐火材は、前記バーナの周囲に設置されたバーナ用冷却管から離隔して前記密閉容器を着脱可能に配置されてもよい。

【0028】

この構成によれば、密閉容器内の耐火材がバーナ用冷却管と密着せず離隔して配置されることから、耐火材からバーナ用冷却管を取り外す際の交換を容易にすることができる。

【0029】

本発明の第２態様に係るガス化炉は、上記第１態様の冷却壁を備える。

【0030】

本発明の第３態様に係るガス化複合発電設備は、炭素含有固体燃料を燃焼、ガス化することで生成ガスを生成する、上記第１態様の前記冷却壁を備えるガス化炉設備と、前記ガス化炉設備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、前記ガスタービンから排出されたタービン排ガスを導入する排熱回収ボイラで生成した蒸気により回転駆動する蒸気タービンと、前記ガスタービン及び／又は前記蒸気タービンの回転駆動に連結された発電機とを備える。

【0031】

本発明の第４態様に係る冷却壁の製造方法は、内部に冷却媒体が流れる複数の冷却管の軸中心を並べて壁面を形成するステップと、バーナが挿入され設置可能な開口部を、それぞれ直線形状部分と湾曲形状部分を有する複数の冷却管によって形成するステップとを備え、前記開口部を形成するステップは、前記直線形状部分の軸方向に延長した第１仮想軸が前記開口部と重なり合う第１冷却管を、前記第１冷却管の前記湾曲形状部分が、前記開口部の外周面に沿って、前記壁面に沿った面内に湾曲を形成するように配置し、又は、所定間隔以下で前記壁面から直交する方向に離隔して湾曲を形成するように配置するステップと、前記直線形状部分の軸方向に延長した第２仮想軸が前記開口部外周よりも径方向外側に位置する第２冷却管を、前記第２冷却管の前記湾曲形状部分は、前記壁面と直交する方向に前記第１冷却管と離隔して湾曲を形成するように配置するステップとを有する。

【発明の効果】

【0032】

本開示によれば、炉壁内に配置されて炉内部の高温ガスに曝される部分を低減し、かつ、開口部構造を簡素化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の一実施形態に係るガス化炉壁を示す縦断面図であり、バーナが設置されているガス化炉壁の開口部を示している。

【図2】本発明の一実施形態に係るガス化炉壁を示す横断面図であり、バーナが設置されているガス化炉壁の開口部を示している。

【図3】本発明の一実施形態に係るガス化炉壁を示す正面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る石炭ガス化複合発電設備の概略構成である。

【図5】本発明の一実施形態に係るガス化炉を示す概略構成図である。

【図6】本発明の一実施形態に係るガス化炉壁の変形例を示す縦断面図であり、バーナが設置されているガス化炉壁の開口部を示している。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図４には、本実施形態に係るガス化炉設備を適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図を示す。
なお、以下においては、上方及び下方の表現を用いて説明した各構成要素の位置関係は、各々鉛直上方側、鉛直下方側を示すものである。

【0035】

本実施形態に係るガス化炉設備１４が適用される石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Integrated Coal Gasification Combined Cycle）１は、空気を酸化剤として用いており、ガス化炉設備１４において、燃料から可燃性ガス（生成ガス）を生成する空気燃焼方式を採用している。そして、石炭ガス化複合発電設備１は、ガス化炉設備１４で生成した生成ガスを、ガス精製設備２６で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン１７に供給して発電を行っている。すなわち、実施形態１の石炭ガス化複合発電設備１は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備となっている。ガス化炉設備１４に供給する燃料としては、例えば、石炭等の炭素含有固体燃料が用いられる。

【0036】

石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）１は、図４に示すように、給炭設備２１と、ガス化炉設備１４と、チャー回収設備２５と、ガス精製設備２６と、ガスタービン１７と、蒸気タービン１８と、発電機１９と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Heat Recovery Steam Generator）２０とを備えている。

【0037】

給炭設備２１は、原炭として炭素含有固体燃料である石炭が供給され、石炭を石炭ミル（図示略）などで粉砕することで、細かい粒子状に粉砕した微粉炭を製造する。給炭設備２１で製造された微粉炭は、給炭ライン２１ａ出口で後述する空気分離設備４２にから供給される搬送用イナートガスとしての窒素ガスによって加圧されて、ガス化炉設備１４へ向けて供給される。イナートガスとは、酸素含有率が約５体積％以下の不活性ガスであり、窒素ガスや二酸化炭素ガスやアルゴンガスなどが代表例であるが、必ずしも約５％以下に制限されるものではない。

【0038】

ガス化炉設備１４は、給炭設備２１で製造された微粉炭が供給されると共に、チャー回収設備２５で回収されたチャー（石炭の未反応分と灰分）が戻されて再利用可能に供給されている。

【0039】

また、ガス化炉設備１４には、ガスタービン１７（圧縮機６１）からの圧縮空気供給ライン４１が接続されており、ガスタービン１７で圧縮された圧縮空気の一部が昇圧機６８で所定圧力に昇圧されてガス化炉１０１に供給可能となっている。空気分離設備４２は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第１窒素供給ライン４３によって空気分離設備４２とガス化炉設備１４とが接続されている。そして、この第１窒素供給ライン４３には、給炭設備２１からの給炭ライン２１ａが接続されている。また、第１窒素供給ライン４３から分岐する第２窒素供給ライン４５もガス化炉設備１４に接続されており、この第２窒素供給ライン４５には、チャー回収設備２５からのチャー戻しライン４６が接続されている。さらに、空気分離設備４２は、酸素供給ライン４７によって、圧縮空気供給ライン４１と接続されている。そして、空気分離設備４２によって分離された窒素は、第１窒素供給ライン４３及び第２窒素供給ライン４５を流通することで、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用される。また、空気分離設備４２によって分離された酸素は、酸素供給ライン４７及び圧縮空気供給ライン４１を流通することで、ガス化炉設備１４において酸化剤として利用される。

【0040】

ガス化炉設備１４は、例えば、２段噴流床形式のガス化炉１０１（図５参照）を備えている。ガス化炉設備１４は、内部に供給された石炭（微粉炭）及びチャーを酸化剤（空気、酸素）により部分燃焼させることでガス化させ生成ガスとする。なお、ガス化炉設備１４は、微粉炭に混入した異物（スラグ）を除去する異物除去設備４８が設けられている。そして、このガス化炉設備１４には、チャー回収設備２５に向けて生成ガスを供給する生成ガスライン４９が接続されており、チャーを含む生成ガスが排出可能となっている。この場合、図５に示すように、生成ガスライン４９にシンガスクーラ１０２（ガス冷却器）を設けることで、生成ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収設備２５に供給してもよい。

【0041】

チャー回収設備２５は、集塵設備５１と供給ホッパ５２とを備えている。この場合、集塵設備５１は、１つ又は複数のサイクロンやポーラスフィルタにより構成され、ガス化炉設備１４で生成された生成ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された生成ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製設備２６に送られる。供給ホッパ５２は、集塵設備５１で生成ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、集塵設備５１と供給ホッパ５２との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ５２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ５２からのチャー戻しライン４６が第２窒素供給ライン４５に接続されている。

【0042】

ガス精製設備２６は、チャー回収設備２５によりチャーが分離された生成ガスに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。そして、ガス精製設備２６は、生成ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン１７に供給する。なお、チャーが分離された生成ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ２Ｓなど）が含まれているため、このガス精製設備２６では、アミン吸収液などによって硫黄分を除去回収して、有効利用する。

【0043】

ガスタービン１７は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を備えており、圧縮機６１とタービン６３とは、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２には、圧縮機６１からの圧縮空気供給ライン６５が接続されると共に、ガス精製設備２６からの燃料ガス供給ライン６６が接続され、また、タービン６３に向かって延びる燃焼ガス供給ライン６７が接続されている。また、ガスタービン１７は、圧縮機６１からガス化炉設備１４に延びる圧縮空気供給ライン４１が設けられており、中途部に昇圧機６８が設けられている。したがって、燃焼器６２では、圧縮機６１から供給された圧縮空気の一部とガス精製設備２６から供給された燃料ガスの少なくとも一部とを混合して燃焼させることで燃焼ガスを発生させ、発生させた燃焼ガスをタービン６３へ向けて供給する。そして、タービン６３は、供給された燃焼ガスにより回転軸６４を回転駆動させることで発電機１９を回転駆動させる。

【0044】

蒸気タービン１８は、ガスタービン１７の回転軸６４に連結されるタービン６９を備えており、発電機１９は、この回転軸６４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン１７（タービン６３）からの排ガスライン７０が接続されており、給水とタービン６３の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そして、排熱回収ボイラ２０は、蒸気タービン１８のタービン６９との間に蒸気供給ライン７１が設けられると共に蒸気回収ライン７２が設けられ、蒸気回収ライン７２に復水器７３が設けられている。また、排熱回収ボイラ２０で生成する蒸気には、ガス化炉１０１のシンガスクーラ１０２で生成ガスと熱交換して生成された蒸気を含んでもよい。したがって、蒸気タービン１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン６９が回転駆動し、回転軸６４を回転させることで発電機１９を回転駆動させる。

【0045】

そして、排熱回収ボイラ２０の出口から煙突７５までには、ガス浄化設備７４を備えている。

【0046】

ここで、本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１の作動について説明する。

【0047】

本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１において、給炭設備２１に原炭（石炭）が供給されると、石炭は、給炭設備２１において細かい粒子状に粉砕されることで微粉炭となる。給炭設備２１で製造された微粉炭は、空気分離設備４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン４３を流通してガス化炉設備１４に供給される。また、後述するチャー回収設備２５で回収されたチャーが、空気分離設備４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン４５を流通してガス化炉設備１４に供給される。さらに、後述するガスタービン１７から抽気された圧縮空気が昇圧機６８で昇圧された後、空気分離設備４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン４１を通してガス化炉設備１４に供給される。

【0048】

ガス化炉設備１４では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気（酸素）により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、生成ガスを生成する。そして、この生成ガスは、ガス化炉設備１４から生成ガスライン４９を通って排出され、チャー回収設備２５に送られる。

【0049】

このチャー回収設備２５にて、生成ガスは、まず、集塵設備５１に供給されることで、生成ガスに含有する微粒のチャーが分離される。そして、チャーが分離された生成ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製設備２６に送られる。一方、生成ガスから分離した微粒のチャーは、供給ホッパ５２に堆積され、チャー戻しライン４６を通ってガス化炉設備１４に戻されてリサイクルされる。

【0050】

チャー回収設備２５によりチャーが分離された生成ガスは、ガス精製設備２６にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれてガス精製され、燃料ガスが製造される。圧縮機６１が圧縮空気を生成して燃焼器６２に供給する。この燃焼器６２は、圧縮機６１から供給される圧縮空気と、ガス精製設備２６から供給される燃料ガスとを混合し、燃焼することで燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスによりタービン６３を回転駆動することで、回転軸６４を介して圧縮機６１及び発電機１９を回転駆動する。このようにして、ガスタービン１７は発電を行うことができる。

【0051】

そして、排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン１７におけるタービン６３から排出された排ガスと給水とで熱交換を行うことにより蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン１８に供給する。蒸気タービン１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン６９を回転駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を回転駆動し、発電を行うことができる。
なお、ガスタービン１７と蒸気タービン１８は同一軸として１つの発電機１９を回転駆動しなくてもよく、別の軸として複数の発電機を回転駆動してもよい。

【0052】

その後、ガス浄化設備７４では排熱回収ボイラ２０から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排気ガスが煙突７５から大気へ放出される。

【0053】

以下に、本実施形態に係るガス化炉について、図面を参照して説明する。図５には、本実施形態に係るガス化炉の概略構成図を示す。本実施形態に係るバーナは、図５に示されているガス化炉１０１等に設けられる。

【0054】

ガス化炉１０１は、鉛直方向に延びて形成されており、鉛直方向の下方側に微粉炭及び酸素が供給され、部分燃焼させてガス化した生成ガスが鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通している。ガス化炉１０１は、圧力容器１１０と、圧力容器１１０の内部に設けられるガス化炉壁（冷却壁）１１１とを有している。そして、ガス化炉１０１は、圧力容器１１０とガス化炉壁１１１との間の空間にアニュラス部１１５を形成している。また、ガス化炉１０１は、ガス化炉壁１１１の内部の空間において、鉛直方向の下方側（つまり、生成ガスの流通方向の上流側）から順に、コンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７、リダクタ部１１８を形成している。

【0055】

圧力容器１１０は、内部が中空空間となる筒形状に形成され、上端部にガス排出口１２１が形成される一方、下端部（底部）にスラグホッパ１２２が形成されている。ガス化炉壁１１１は、内部が中空空間となる筒形状に形成され、その壁面が圧力容器１１０の内面と対向して設けられている。本実施形態では圧力容器１１０は円筒形状で、ガス化炉壁１１１のディフューザ部１１７も円筒形状に形成されている。そして、ガス化炉壁１１１は、図示しない支持部材により圧力容器１１０内面に連結されている。

【0056】

ガス化炉壁１１１は、圧力容器１１０の内部を内部空間１５４と外部空間１５６に分離する。ガス化炉壁１１１は、後述するが、横断面形状がコンバスタ部１１６とリダクタ部１１８との間のディフューザ部１１７で変化する形状とされている。ガス化炉壁１１１は、鉛直上方側となるその上端部が、圧力容器１１０のガス排出口１２１に接続され、鉛直下方側となるその下端部が圧力容器１１０の底部と隙間を空けて設けられている。そして、圧力容器１１０の底部に形成されるスラグホッパ１２２には、貯留水が溜められており、ガス化炉壁１１１の下端部が貯留水に浸水することで、ガス化炉壁１１１の内外を封止している。ガス化炉壁１１１には、バーナ１２６、１２７が挿入され、内部空間１５４にシンガスクーラ１０２が配置されている。ガス化炉壁１１１の構造については後述する。

【0057】

アニュラス部１１５は、圧力容器１１０の内側とガス化炉壁１１１の外側に形成された空間、つまり外部空間１５６であり、空気分離設備で分離された不活性ガスである窒素が、図示しない窒素供給ラインを通って供給される。このため、アニュラス部１１５は、窒素が充満する空間となる。なお、このアニュラス部１１５の鉛直方向の上部付近には、ガス化炉１０１内を均圧にするための図示しない炉壁内均圧管が設けられている。炉壁内均圧管は、ガス化炉壁１１１の内外を連通して設けられ、ガス化炉壁１１１の内部（コンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７及びリダクタ部１１８）と外部（アニュラス部１１５）との圧力差が所定圧力以内となるように略均圧にされている。

【0058】

コンバスタ部１１６は、微粉炭及びチャーと空気とを一部燃焼させる空間となっており、コンバスタ部１１６におけるガス化炉壁１１１には、複数のバーナ１２６からなる燃焼装置が配置されている。コンバスタ部１１６で微粉炭及びチャーの一部を燃焼した高温の燃焼ガスは、ディフューザ部１１７を通過してリダクタ部１１８に流入する。

【0059】

リダクタ部１１８は、ガス化反応に必要な高温状態に維持されコンバスタ部１１６からの燃焼ガスに微粉炭を供給し部分燃焼させて、微粉炭を揮発分（一酸化炭素、水素、低級炭化水素等）へと分解してガス化されて生成ガスを生成する空間となっており、リダクタ部１１８におけるガス化炉壁１１１には、複数のバーナ１２７からなる燃焼装置が配置されている。

【0060】

シンガスクーラ１０２は、ガス化炉壁１１１の内部に設けられると共に、リダクタ部１１８のバーナ１２７の鉛直方向の上方側に設けられている。シンガスクーラ１０２は熱交換器であり、ガス化炉壁１１１の鉛直方向の下方側（生成ガスの流通方向の上流側）から順に、蒸発器（エバポレータ）１３１、過熱器（スーパーヒータ）１３２、節炭器（エコノマイザ）１３４が配置されている。これらのシンガスクーラ１０２は、リダクタ部１１８において生成された生成ガスと熱交換を行うことで、生成ガスを冷却する。また、蒸発器（エバポレータ）１３１、過熱器（スーパーヒータ）１３２、節炭器（エコノマイザ）１３４は、図に記載されたその数量を限定するものではない。

【0061】

ここで、上述のガス化炉１０１の動作について説明する。
ガス化炉１０１において、リダクタ部１１８のバーナ１２７により窒素と微粉炭が投入されて点火されると共に、コンバスタ部１１６のバーナ１２６により微粉炭及びチャーと圧縮空気（酸素）が投入されて点火される。すると、コンバスタ部１１６では、微粉炭とチャーの燃焼により高温燃焼ガスが発生する。また、コンバスタ部１１６では、微粉炭とチャーの燃焼により高温ガス中で溶融スラグが生成され、この溶融スラグがガス化炉壁１１１へ付着すると共に、炉底へ落下し、最終的にスラグホッパ１２２内の貯水へ排出される。そして、コンバスタ部１１６で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部１１７を通ってリダクタ部１１８に上昇する。このリダクタ部１１８では、ガス化反応に必要な高温状態に維持されて、微粉炭が高温燃焼ガスと混合し、高温の還元雰囲気において微粉炭を部分燃焼させてガス化反応が行われ、生成ガスが生成される。ガス化した生成ガスが鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通する。

【0062】

バーナ１２６は、コンバスタ部１１６の周囲に複数設けられており、図１～図３にはそのうちの１つのバーナ１２６が示されている。ガス化炉壁１１１は、複数の炉壁管９が並んで筒状になるように構成され、複数の炉壁管９の直線形状部分の中心軸が周方向に並んで配置される位置を壁面１１１Ｓとしている。バーナ１２６は、ガス化炉壁１１１に形成された開口部１１に挿通され設置されている。ガス化炉壁１１１は、上下方向に延在して平行に設けられた複数の炉壁管（冷却管）９と、隣り合う炉壁管９同士を接続するフィン１０とから構成されている。炉壁管９内には冷却水が流れるようになっている。ガス化炉壁１１１に形成される開口部１１は、炉壁管９の一部を湾曲させることによって形成されている。

【0063】

具体的には、開口部１１に相当する領域に炉壁管９が配置されないように、炉壁管９の一部分である第１炉壁管９Ａをバーナ１２６の径方向外側方向に壁面１１１Ｓの位置に沿うように湾曲して形成されている。隣り合う第１炉壁管９Ａも順次湾曲して形成されることにより、図３に示したような開口部１１が形成される。

【0064】

バーナ１２６は、炉壁外から炉壁内にわたって配置されるバーナ本体５と、このバーナ本体５の周りに巻回されたバーナ用冷却管７とを備えている。
バーナ本体５内には、微粉炭などの微粉燃料や空気（一次空気や二次空気）が流通し、バーナ本体５から供給された微粉燃料及び空気によって炉壁内にて火炎が形成され燃焼ガスが発生する。

【0065】

バーナ用冷却管７は、内部に冷却水（冷却媒体）が流通する。バーナ用冷却管７は、伝熱性を得るためにバーナ本体５の外周面に沿ってバーナ本体５を取り囲むように配置されている。バーナ用冷却管７の設置領域は、バーナ本体５の先端５ａからガス化炉壁１１１側にかけて、より具体的にはバーナ本体５の先端５ａから開口部１１近傍でかつ開口部１１よりも炉壁外側に入った位置にかけて設けられている。

【0066】

上記構成によるバーナ１２６は、以下のように使用される。
図示しない供給源から微粉燃料及び空気がバーナ本体５内に供給され、バーナ本体５内で所定の空気比にて調整され混合された混合気がバーナ本体５の先端５ａから噴出される。バーナ本体５から噴出された混合気は、炉壁内にて、既に形成されている燃料領域に投入され、所望の燃焼状態が維持される。
炉壁内に形成された火炎による燃焼熱からバーナ本体５を保護するため、バーナ用冷却管７内に冷却水が流される。冷却水は図示しない冷却水源からバーナ用冷却管７に供給され、バーナ本体５の先端５ａ側から基端５ｂ側へと流通される。

【0067】

次に、本実施形態に係るガス化炉壁１１１の開口部構造について説明する。

【0068】

ガス化炉壁１１１に形成される開口部１１は、上述したとおり、炉壁管９の一部を湾曲させることによって形成されている。具体的には、開口部１１に相当する位置の炉壁管９の一部分をバーナ１２６の側方に湾曲して形成させる。隣り合う炉壁管９も順次湾曲して形成させることにより、図３に示したような開口部１１が形成される。

【0069】

複数の炉壁管９は、ガス化炉壁１１１の筒状の内径が一定の領域では、直線状部分が互いに平行になるように鉛直上下方向に配置されて、ガス化炉壁１１１を構成する。ガス化炉壁１１１は、鉛直上下方向に対して垂直方向に切断した横断面が例えば円環形状である。

【0070】

ガス化炉壁１１１を構成する複数の炉壁管９のうち、開口部１１付近の複数の炉壁管９には、直線形状部分と湾曲形状部分がある。この湾曲形状部分は、直線形状部分が軸方向に延長した仮想軸（第１仮想軸）が開口部１１に重なり合う第１炉壁管（第１冷却管）９Ａがある。これらの第１炉壁管９Ａは、バーナ１２６が挿入して設置可能とする開口部１１を形成するため、第１炉壁管９Ａは、直線形状部分の軸方向に対して湾曲した湾曲形状となっている。開口部１１は、複数の湾曲形状部分の第１炉壁管９Ａの外周面に沿って順次に湾曲して取り囲まれるように形成される。

【0071】

直線形状部分の軸方向に延長した仮想軸が開口部１１に重なり合う第１炉壁管９Ａの数は、開口部１１の大きさや炉壁管９の直径、ピッチ等によって異なる。複数本の第１炉壁管９Ａは、湾曲形状部分が炉壁管９に沿った壁面内に配置される。第１炉壁管９Ａは、平面曲げ構造で形成される。これにより、第１炉壁管９Ａの湾曲形状を複雑な形状とすることなく、複数の炉壁管９が取り囲むように簡易に開口部１１が形成される。

【0072】

複数の第１炉壁管９Ａには、直線形状部分の軸方向に延長した第１仮想軸が開口部１１の中心軸に最も近い位置と重なり合う第１炉壁管９Ａ－１がある。この第１炉壁管９Ａ－１の湾曲形状部分が、バーナ１２６の外周面に最も近い位置で、バーナ１２６の最外周面に沿って設置されるように開口部１１を形成する。直線形状部分の軸方向に延長した仮想軸が開口部１１の中心軸から２番目に近い位置で重なり合う第１炉壁管９Ａ－２は、湾曲形状部分が、上述したバーナ１２６の外周面に最も近い位置で開口部１１を形成する第１炉壁管９Ａ－１よりもバーナ１２６中心軸から径方向外側に離間しており、バーナ１２６の最外周面に沿って設置された第１炉壁管９Ａ－１に隣接して設置される。

【0073】

直線形状部分の軸方向に延長した仮想軸が開口部１１に相当する領域を通過する第１炉壁管９Ａ（例えば第１炉壁管９Ａ－３，９Ａ－４）は、順次、バーナ１２６の径方向外側において、中心側の第１炉壁管９Ａ－２，９Ａ－３に隣接して配置される。これらの第１炉壁管９Ａは、いずれもバーナ１２６の最外周面の形状に沿って設置され、例えば、第１炉壁管９Ａの湾曲形状部分の一部と合致する仮想円の中心が、バーナ１２６の最外周面に接する仮想円と同じ中心となるように設置されてもよい。

【0074】

さらに、第１炉壁管９Ａの湾曲形状部分は、複数の炉壁管９の直線形状部分の中心軸が並んで配置される位置となる壁面１１１Ｓに沿った面内に配置される。そのため、バーナ１２６は、壁面１１１Ｓに沿って配置された第１炉壁管９Ａを境にして、炉内側と炉外側に配置される。そして、バーナ１２６は、バーナ本体５の先端５ａから、バーナ１２６と壁面１１１Ｓが交差する位置までの間の領域が炉の内部空間に配置される。したがって、炉壁管９の湾曲形状部分が壁面１１１Ｓから炉外側へと突出して略円錐台状に配置された従来の構成と比べて、ガス化炉１０１の内部空間に配置されたバーナ本体５が高温の燃焼ガスに曝される部分が低減される。

【0075】

なお、図６に示すように、第１炉壁管９Ａの湾曲形状部分は、ガス化炉壁１１１の壁面１１１Ｓに沿って配置される場合に限定されず、壁面１１１Ｓから所定距離以下で離隔して筒状のガス化炉壁１１１の径方向に拡がるように、径方向外側に配置されてもよい。この場合、所定距離は、壁面１１１Ｓと湾曲形状部分との間のピッチとして、第１炉壁管９Ａの直径と同一長さ以下である。すなわち、第１炉壁管９Ａの湾曲形状部分は、所定距離として、第１炉壁管９Ａの直径と同一長さのピッチ分以下で壁面１１１Ｓから離隔して径方向外側に配置されてもよい。

【0076】

上述した変形例では、第１炉壁管９Ａの湾曲形状部分は、壁面１１１Ｓから離隔して筒状のガス化炉壁１１１の径方向に拡がるように、径方向外側に配置される。これにより、複数の第１炉壁管９Ａの間に設けたフィン１０の間を所定間隔以上に広げることなく、第１炉壁管９Ａを配置しやすくできるので、第１炉壁管９Ａの伝熱量の減少を抑制できる。

【0077】

ガス化炉壁１１１を構成する複数の炉壁管９には、直線形状部分の軸方向に延長した仮想軸が開口部１１に相当する領域の外周よりも外径側（径方向に外側）で重なり合うものがある。これらの炉壁管９のうち開口部１１の近傍で重なり合う第２炉壁管９Ｂは、直線形状部分に延長させるのみで配置しようとすると、上述した第１炉壁管９Ａと干渉する。したがって、第２炉壁管９Ｂは、直線形状部分の軸方向に対して開口部１１の外径側に湾曲した湾曲形状を有する。第１炉壁管９Ａの湾曲形状部分は壁面１１１Ｓに沿って配置され、第２炉壁管９Ｂの湾曲形状部分は第１炉壁管９Ａよりも炉外側に配置されて、第１炉壁管９Ａと第２炉壁管９Ｂの干渉が回避される。

【0078】

第２炉壁管９Ｂの数は、第１炉壁管９Ａの数や湾曲形状等に応じて異なる。複数本の第２炉壁管９Ｂは、湾曲形状部分が第１炉壁管９Ａの湾曲形状部分に対して壁面１１１Ｓの外径側（炉外側）の面内に配置される。第２炉壁管９Ｂは、平面曲げ構造で形成される。これにより、第２炉壁管９Ｂの湾曲形状を複雑な形状とすることなく、簡易に開口部１１が形成される。

【0079】

第２炉壁管９Ｂは、湾曲形状部分が、ガス化炉壁１１１の壁面１１１Ｓに対して第１炉壁管９Ａよりも炉外側において、第１炉壁管９Ａに沿って配置される。これにより、第２炉壁管９Ｂは、第１炉壁管９Ａとの干渉を回避できる。

【0080】

湾曲形状部分において、２本の第１炉壁管９Ａの間、又は、２本の第２炉壁管９Ｂの間には、金属板によるフィン１０が配置される。直線形状部分において、２本の炉壁管９の間については、同様にフィン１０が配置される。一方、その直線形状部分の延長上における湾曲形状部分において、１本の第１炉壁管９Ａと、その第１炉壁管９Ａに隣接する１本の第２炉壁管９Ｂの間については、フィン１０の設置を不要としてもよい。

【0081】

開口部１１の周囲における壁面１１１Ｓの炉内側には、耐火材による密閉部１６が設置される。これにより、開口部１１の周囲において、ガス化炉壁１１１における熱伝達を低下させることができる。このため、炉壁管９，第１炉壁管９Ａ及び第２炉壁管９Ｂの間に設けるフィン１０幅の伝熱特性からの制約が低減されて、壁面１１１Ｓに沿った面内に炉壁管９が配置され、簡易に開口部１１が形成される。

【0082】

また、耐火材による密閉部１６は、フィン１０が配置されない部分があった場合でも、内部空間からのガスの漏洩を防止することができる。耐火材としては、例えばアルミナ系やＳｉＣ系が好適に用いられる。
耐火材による密閉部１６は開口部１１の周囲に限らず、例えばコンバスタ部１１６の壁面１１１Ｓの炉内側全周面にわたり、耐火材による密閉部１６を設置してもよい。

【0083】

炉壁外側には、炉壁管９によって形成された開口部１１を覆うようにシールボックス（密閉容器）１３が設けられている。シールボックス１３は、例えばステンレス製である。シールボックス１３内には、耐火材１５が充填されている。耐火材１５としては、例えばアルミナ系やＳｉＣ系が好適に用いられる。

【0084】

これにより、開口部１１の周囲において、内部空間からのガスの漏洩を防止し、ガス化炉壁１１１の外側に向かう熱伝達量を低下させることができる。また、これらシールボックス１３及び耐火材１５により、加圧された炉壁内の圧力を維持すると共に、バーナ１２６と開口部１１との隙間からガス化炉壁１１１の外へと漏出しようとする輻射熱やスラグ類が更に外部へと漏出しないようになっている。

【0085】

シールボックス１３内部に充填される耐火材１５は、バーナ本体５の周囲に設置されたバーナ用冷却管７と密着せずに、バーナ用冷却管７から離隔して隙間を設けて配置されることが望ましい。これにより、耐火材１５からバーナ用冷却管７を取り外す際のバーナ用冷却管７のみを着脱可能として容易に交換することができる。

【0086】

上述した本実施形態に係る開口部１１は、以下のように形成される。

【0087】

まず、第１炉壁管９Ａ及び第２炉壁管９Ｂを所定の形状を有するように平面曲げ加工して湾曲形状部分を形成する。本実施形態では、炉壁管９を形成するための配管を立体形状で湾曲加工する必要がない。

【0088】

複数の炉壁管９は、図３に示すように、ガス化炉壁１１１の筒状の内径が一定の領域では、直線状部分が互いに平行になるように配置される。ガス化炉壁１１１が、鉛直上下方向に対して垂直方向に切断した横断面が例えば円環形状である場合、複数の炉壁管９は、直線形状部分が円環形状に配置される。

【0089】

複数の炉壁管９のうち、直線形状部分の軸方向に延長した仮想軸が開口部１１に該当する領域と重なり合う第１炉壁管９Ａは、湾曲形状部分が、バーナ１２６の最外周面を取り囲むように、バーナ１２６が設置可能に挿通された開口部１１を形成する。第１炉壁管９Ａのうち、直線形状部分の軸方向に延長した仮想軸が開口部１１の中心軸に最も近い位置で配置される第１炉壁管９Ａ－１が、バーナ１２６の最外周面に最も近い位置で、バーナ１２６の外周面に沿って設置される。

【0090】

このとき、第１炉壁管９Ａ－１の湾曲形状部分は、複数の炉壁管９の直線形状部分によって構成される壁面１１１Ｓに沿った面内に配置される。なお、図６に示すように、第１炉壁管９Ａの湾曲形状部分は、第１炉壁管９Ａの直径と同一長さのピッチ分以下で壁面１１１Ｓから離隔して筒状のガス化炉壁１１１の径方向外側に拡がるように配置される場合もある。

【0091】

次に、直線形状部分の軸方向に延長した仮想軸が開口部１１に重なり合う領域の中心軸から２番目に近い位置を通過する第１炉壁管９Ａ－２が、上述したバーナ１２６の外周面に最も近い位置に配置された第１炉壁管９Ａ－１よりも開口部１１の径方向外側で、第１炉壁管９Ａ－１に沿って設置される。また、この第１炉壁管９Ａ－２についても、複数の炉壁管９の直線形状部分によって構成される壁面１１１Ｓに沿った面内、又は、第１炉壁管９Ａの直径と同一長さのピッチ分以下で壁面１１１Ｓから離隔して筒状のガス化炉壁１１１の径方向外側に拡がるように配置される。

【0092】

このようにして、直線形状部分の軸方向に延長した仮想軸が開口部１１に相当する領域と重なり合う第１炉壁管９Ａは、順次、バーナ１２６の外周面の径方向外側において、中心軸側の第１炉壁管９Ａに隣接して配置される。これらの第１炉壁管９Ａは、いずれもバーナ１２６の外周面に沿って、例えば、第１炉壁管９Ａの湾曲形状部分の一部と合致する仮想円の中心が、バーナ１２６の外周面に接する仮想円と同じ中心となるように設置されてもよい。

【0093】

また、複数の炉壁管９のうち、直線形状部分の軸方向に延長した仮想軸が開口部１１に相当する領域よりも径方向外側と重なり合う第２炉壁管９Ｂを配置する。これらの炉壁管９のうち開口部１１の近傍を通過する第２炉壁管９Ｂは、第１炉壁管９Ａと干渉しないように、湾曲形状部分の炉内側に壁面１１１Ｓに沿って第１炉壁管９Ａが配置されるように設置される。このとき、第２炉壁管９Ｂは、湾曲形状部分が、ガス化炉壁１１１の壁面１１１Ｓに対して第１炉壁管９Ａよりも炉外側において、第１炉壁管９Ａに沿って配置される。これにより第１炉壁管９Ａと第２炉壁管９Ｂの干渉が回避される。

【0094】

また、複数の第１炉壁管９Ａの間や複数の第２炉壁管９Ｂの間には、フィン１０が溶接によって第１炉壁管９Ａ又は第２炉壁管９Ｂに対して接合される。

【0095】

上述したとおり、第１炉壁管９Ａと第２炉壁管９Ｂを配置することによって、開口部１１が形成される。開口部１１には、後でバーナ本体５とバーナ用冷却管７を開口部１１内に設置できるようにする。バーナ用冷却管７は、ガス化炉壁１１１の設置現場とは別の場所で円筒形状に製作され、ガス化炉壁１１１の設置現場では、取り付け作業が行われる。

【0096】

次に、開口部１１の周囲における壁面１１１Ｓの炉内側において、耐火材による密閉部１６を設置する。また、開口部１１の周囲における壁面１１１Ｓの外側において、シールボックス１３を設置する。シールボックス１３が所定の位置に設置されたのち、シールボックス１３の内部には、バーナ用冷却管７を設置し、耐火材１５が充填される。密閉部１６の耐火材や、シールボックス１３の耐火材１５は、例えば、現場において型枠やシールボックス１３内に流し込まれることによって充填され、硬化される。そして、バーナ本体５がバーナ用冷却管７の内部に挿入されて、バーナ１２６がガス化炉壁１１１に設置される。

【0097】

以上、本実施形態によれば、従来の構成と異なり、開口部１１の周囲に炉壁管９の湾曲形状部分が略円錐台状に配置されず、直線形状部分で構成される壁面１１１Ｓに沿った面上に、第１炉壁管９Ａの湾曲形状部分が配置される。その結果、ガス化炉壁１１１の内部空間へ突出するバーナ１２６の周囲に第１炉壁管９Ａが配置されるので、従来の略円錐台状の配置と比較して、火炎に曝される範囲が狭くなる。そのため、バーナ本体５の外周面に沿って設置される円筒状のバーナ用冷却管７の長さも低減できる。バーナ用冷却管７の長さが短くできると、配管の巻き数が低減される。バーナ本体５とバーナ用冷却管７の間は、密着性の管理が要求され、精度の高いバーナ用冷却管７を形成する必要がある。螺旋状の配管の巻き数が少ないことで、バーナ用冷却管７の製作に必要な作業が簡易化され、作業工数が低減する。

【0098】

また、上述したとおり、ガス化炉壁１１１の内部空間へ突出するバーナ本体５及びバーナ用冷却管７において、火炎に曝される範囲が狭くなるため、従来の構成に比べて、バーナ用冷却管７のメタル表面温度が低下する。さらに、バーナ用冷却管７の長さが短くなるため、冷却水の圧力損失も低減されてバーナ用冷却管７の使用寿命が向上する。

【0099】

なお、上記実施形態では、微粉炭から可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉を備えたＩＧＣＣを一例として説明したが、本発明のガス化炉設備は、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、本発明のガス化炉設備は、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。
さらに、本発明の冷却壁は、一般的なボイラの火炉壁としても適用可能である。

【0100】

また、上述した実施形態では、燃料として石炭を使用したが、高品位炭や低品位炭など他の炭素含有固体燃料であっても適用可能であり、また、石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などを使用することも可能である。

【0101】

なお、本実施形態はガス化炉１０１として、タワー型ガス化炉について説明してきたが、ガス化炉１０１はクロスオーバー型ガス化炉でも、ガス化炉１０１内の各機器の鉛直上下方向を生成ガスのガス流れ方向を合わせるように置き換えることで、同様に実施が可能である。

【符号の説明】

【0102】

１ ：石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）
５ ：バーナ本体
５ａ ：先端
５ｂ ：基端
７ ：バーナ用冷却管
９ ：炉壁管（冷却管）
９Ａ，９Ａ－１，９Ａ－２，９Ａ－３ ：第１炉壁管（第１冷却管）
９Ｂ ：第２炉壁管（第２冷却管）
１０ ：フィン
１１ ：開口部
１３ ：シールボックス
１４ ：ガス化炉設備
１５ ：耐火材
１６ ：密閉部
１７ ：ガスタービン
１８ ：蒸気タービン
１９ ：発電機
２０ ：排熱回収ボイラ
２１ ：給炭設備
２１ａ ：給炭ライン
２５ ：チャー回収設備
２６ ：ガス精製設備
４２ ：空気分離設備
４８ ：異物除去設備
５１ ：集塵設備
５２ ：供給ホッパ
６１ ：圧縮機
６２ ：燃焼器
６３ ：タービン
６４ ：回転軸
６８ ：昇圧機
６９ ：タービン
７３ ：復水器
７４ ：ガス浄化設備
７５ ：煙突
１０１ ：ガス化炉
１０２ ：シンガスクーラ（熱交換器）
１１０ ：圧力容器
１１１ ：ガス化炉壁（冷却壁）
１１１Ｓ ：壁面
１１５ ：アニュラス部
１１６ ：コンバスタ部
１１７ ：ディフューザ部
１１８ ：リダクタ部
１２１ ：ガス排出口
１２２ ：スラグホッパ
１２６，１２７ ：バーナ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】