JP2001220587A - 石炭ガス化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石炭ガス化装置のコストを低減する。 【解決手段】 石炭をガス化して生成ガス２１を得るガ
ス化部５６と、該ガス化部５６の上方に配置され熱回収
部水冷壁４３で周囲を囲まれた熱回収部５７と、前記ガ
ス化部５６及び前記熱回収部水冷壁４３を含む熱回収部
５７を収容する圧力容器４１とを含んでなり、前記生成
ガス２１は前記熱回収部５７を上方に向かって流過しつ
つ前記熱回収部水冷壁４３と熱交換する石炭ガス化炉
と、前記熱回収部５７を通過した生成ガス２１からさら
に熱回収する伝熱管４５を備えた熱回収ボイラと、を有
してなる石炭ガス化装置において、前記熱回収ボイラの
伝熱管４５を前記熱回収部水冷壁４３と前記圧力容器４
１の内周面の間に配置し、前記熱回収部５７を上方に向
かって流過した生成ガスが熱回収部通過後流れ方向を反
転させて下方に流下しつつ前記熱回収ボイラの伝熱管４
５と熱交換するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、石炭ガス化装置に
係り、特にその石炭ガス化炉及び熱回収ボイラに関す
る。

【従来の技術】図９は石炭ガス化プラントの一例を示す
系統構成図である。図示の石炭石炭ガス化プラントは、
石炭1を粉砕して微粉炭12とする石炭前処理装置2と、空
気４を分離して酸素１３と窒素を得る空気分離装置5
と、前記微粉炭１２と前記酸素13を供給されて微粉炭１
２をガス化する石炭ガス化炉3と、石炭ガス化炉3で生成
された灰及びチャーを含むガスから熱回収する熱回収ボ
イラ6と、熱回収された前記灰及びチャーを含むガスを
脱塵する脱じん装置7と、脱じんされた前記ガスを精
製、浄化するガス精製装置8と、前記精製されたガスを
燃料として駆動されるガスタービン9と、ガスタービン9
の排ガスから熱回収する排熱回収ボイラ10と、排熱回収
ボイラ10で発生した蒸気により駆動される蒸気タービン
11と、を含んで構成されている。なお、ガスタービン9
の排ガスの一部は空気分離装置5に回収される。

【０００２】単に石炭ガス化装置という場合は、通常、
上記構成のうちの、石炭前処理装置２からガス精製装置
8までをいう。

【０００３】このような石炭ガス化プラントに設置され
る石炭ガス化炉3と熱回収ボイラ6の従来技術になる概略
構造の一例を図１０、図１１に示す。まず図１０に示す
石炭ガス化炉は、主にスラグ水冷槽５４、ガス化部５６
と熱回収部５７に分かれており、ガス化部５６で先に述
べた微粉炭12と酸素13が部分酸化反応し、高温（約１５
００℃）のガス、スラグ、灰及びチャーが生成される。
スラグは溶融されてスラグ水冷槽５４に落下し、灰及び
チャーを含むガスは炉内を上昇し、ガス化部５６の直上
にある熱回収部５７に流入する。熱回収部５７に流入し
た灰及びチャーを含むガスは、熱回収部５７を囲うよう
に設けられた円筒状の熱回収部水冷壁４３で放射により
熱回収される。熱回収部５７を通過して石炭ガス化炉の
上部から取出された生成ガス25（約1０００℃）は、熱
回収ボイラに導かれる。

【０００４】熱回収ボイラは、図１１に示すように、軸
線を上下方向にして配置された円筒状の熱回収ボイラ圧
力容器24と、この熱回収ボイラ圧力容器24に同心状に内
装された円筒状の熱回収ボイラ水冷壁2９と、熱回収ボ
イラ水冷壁2９の内部に配置された軸線を水平にして配
置された熱回収ボイラ伝熱管28と、を含んで構成されて
いる。

【０００５】石炭ガス化炉から出た生成ガス25は、熱回
収ボイラの頂部に形成された熱回収ボイラ入口26を経て
前記円筒状の熱回収ボイラ水冷壁2９の内部に導かれ、
下方に流れながら熱回収ボイラ伝熱管28及び熱回収ボイ
ラ水冷壁2９により、放射と対流による熱回収される。
熱回収ボイラ水冷壁2９を通過した生成ガスは、熱回収
ボイラの底部に形成された熱回収ボイラ出口２７を経て
取出され、次工程へ送られる。

【０００６】なお、石炭ガス化炉及び熱回収ボイラは加
圧されているため、それぞれ圧力容器４１、熱回収ボイ
ラ圧力容器24に収納されている。

【０００７】また、ガス化炉生成ガス21には、灰及びチ
ャー等の固形物が含まれており、これらの排出を容易に
するため、熱回収ボイラ内では、ガスは鉛直下方に流さ
れるようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の石炭ガス化
装置では、石炭ガス化炉を出た生成ガスから熱回収する
ため熱回収ボイラが設けられており、熱回収ボイラのコ
ストは、石炭ガス化装置のコストの大きな割合を占めて
いる。石炭ガス化プラントのコストを低減するには、こ
の部分のコストを低減する必要がある。

【０００９】本発明の課題は、石炭ガス化装置のコスト
を低減するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、石炭ガス化
炉内の上部にある熱回収部水冷壁の外側に、熱回収ボイ
ラの伝熱管を設置し、石炭ガス化炉熱回収部を上方に流
れて熱回収された生成ガスの流れを圧力容器上部で下方
に反転させて前記熱回収ボイラの伝熱管を通過させるよ
うに構成し、石炭ガス化炉と熱回収ボイラを一体として
同じ圧力容器内に収納することにより達成される。

【００１１】上述の構成とすることにより、石炭ガス化
炉の圧力容器及びそれを支える鉄骨が大きくなるが、熱
回収ボイラの圧力容器及びそれを支える鉄骨が不要にな
り、コストを低減できる。

【００１２】この場合、圧力容器内周面の熱回収部水冷
壁に対向する面に、圧力容器内部水冷壁を設け、熱回収
部水冷壁の外側を下方に向かって流れる生成ガスの熱に
対して圧力容器を保護するとともに、熱回収を行うのが
望ましい。もちろん、水冷壁でなく、耐火材で圧力容器
内周面を被覆して生成ガスの熱に対して圧力容器を保護
してもよい。

【００１３】さらに、石炭ガス化炉内の上部にある熱回
収部水冷壁を従来の円筒形から四角筒形にし、前記圧力
容器内部水冷壁も各面が熱回収部水冷壁の対向する面と
平行な断面四角形の角筒状とすることにより、熱回収部
水冷壁の外側に配置される熱回収ボイラの伝熱管の配置
密度を高めることができる。

【００１４】また、熱回収部水冷壁の外側に配置される
熱回収ボイラの伝熱管を、ガス流と平行になるように上
下方向に配置してもよい。このように伝熱管を配置する
ことで、伝熱管に堆積する灰やチャーの量が少なくな
り、灰やチャーの堆積による伝熱面積の減少が少なくな
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。

【００１６】本発明の第１の実施の形態に係る石炭ガス
化炉及び熱回収ボイラの構造を図1に示す。本実施の形
態は、従来、別の圧力容器に収納されていた石炭ガス化
炉と熱回収ボイラを、ひとつの圧力容器４１に収納する
構造である。

【００１７】図１に示す石炭ガス化炉と熱回収ボイラ
は、軸方向両端を鏡板で塞いだ円筒形状に形成され、軸
線を上下方向にして設置される圧力容器４１と、この圧
力容器４１の底部に形成されたスラグ水冷槽５４と、ス
ラグ水冷槽５４の上方に周囲を円筒形状のガス化部水冷
壁４４で区画して形成されたガス化部５６と、ガス化部
水冷壁４４の内周面を覆って装着された耐火材４２と、
ガス化部５６の上方に周囲を円筒形状の熱回収部水冷壁
４３で区画して形成された熱回収部５７と、熱回収部水
冷壁４３に対向する圧力容器内周面を覆って配置された
円筒形状の圧力容器内部水冷壁６１と、熱回収部水冷壁
４３と圧力容器内部水冷壁６１の間に配置された熱回収
ボイラ伝熱管４５と、熱回収部水冷壁４３と圧力容器内
部水冷壁６１の間に形成される空間の下部に対応する位
置の圧力容器４１に形成された生成ガス出口４７と、ガ
ス化部５６に石炭及び酸素を供給する上段ノズル４８、
下段ノズル４９と、ガス化部５６にリサイクルチャー及
び酸素を供給するリサイクルノズル５１と、スラグ水冷
槽５４の底部に形成されたスラグ排出口５３と、を含ん
で構成されている。

【００１８】熱回収部水冷壁４３の上端部と圧力容器４
１の上端部の鏡板との間には間隔が設けられており、熱
回収部５７を通過したガス化部生成ガス２１は、この間
隔を通って熱回収部水冷壁４３と圧力容器内部水冷壁６
１の間の環状部分の上部に達し、流れ方向を反転して下
方に向かうようになっている。

【００１９】ガス化部５６とスラグ水冷槽５４の間には
スラグタップ５５が設けられ、ガス化部５６で生成され
た溶融スラグは、このスラグタップ５５を通ってスラグ
水冷槽５４に落下するようになっている。

【００２０】図２に、熱回収ボイラを構成する伝熱管の
配置の例を示す。熱回収ボイラの伝熱管４５は、図２に
示すようにガス流れに対して直角に配置される。生成ガ
スの流れは熱回収部５７出口までは、上方向であるが、
熱回収ボイラ入口５８から熱回収ボイラ出口（生成ガス
出口４７）までは下方向になっており、熱回収ボイラの
出口の高さ位置は従来とあまり変化が無いため、次工程
の機器への接続も容易である。

【００２１】上記構成の石炭ガス化炉及び熱回収ボイラ
において、ガス化部５６で生成されたガス化炉生成ガス
21は、熱回収部57の周囲に設置した熱回収部水冷壁４３
で熱回収される。このガス化炉生成ガス21は、熱回収部
57をでた後、流れ方向を反転して、熱回収部水冷壁４３
と圧力容器41との間に設置された熱回収ボイラの伝熱管
45で熱回収され、生成ガス出口47を経て次工程へ導かれ
る。

【００２２】本実施の形態によれば、熱回収ボイラが石
炭ガス化炉と共通の圧力容器に収容されるため、石炭ガ
ス化炉の圧力容器及びそれを支える鉄骨は大きくなる
が、熱回収ボイラの圧力容器及びそれを支える鉄骨が不
用になり、コストを低減できる。

【００２３】図３は本発明の第２の実施の形態の、図１
のＡ−Ａ線矢視断面に相当する断面を示す。本実施の形
態は、前記第１の実施の形態において、熱回収部水冷壁
４３の外側に断面四角形の角筒状に形成した熱回収部水
冷壁４３Ａを配置し、前記圧力容器内部水冷壁を断面四
角形の角筒状の圧力容器内部水冷壁６１Ａとしたもので
ある。熱回収部水冷壁４３Ａと圧力容器内部水冷壁６１
Ａの互いに対向する面は平行になるように配置され、熱
回収ボイラの伝熱管４５は図２に示すようにガス流れに
対して直角に配置されている。図示のように伝熱管４５
は無駄な隙間なく高い密度で配置され、十分な熱吸収量
が確保されるようになっている。また、伝熱管４５は、
平行な面で区画された生成ガス流路に配置されていて、
この流路内では生成ガスの偏流が少なく、したがってヘ
ッダで連結された各伝熱管は、同一の熱吸収量を受ける
ため、伝熱管の温度のアンバランスは生じない。

【００２４】本実施の形態によれば、前記第１の実施の
形態による効果に加え、伝熱管４５は無駄な隙間なく高
い密度で配置できることから、熱回収ボイラ部分の容積
を小さくすることが可能となる。

【００２５】なお、本実施の形態では、円筒形状の熱回
収部水冷壁４３の外側に断面四角形の角筒状に形成した
熱回収部水冷壁４３Ａが配置されているが、これは、熱
回収部５７を上昇するガス化部生成ガス２１の熱回収部
水冷壁４３との熱交換を効率よく行うためである。円筒
形状の熱回収部水冷壁４３を設置せず、断面四角形の角
筒状に形成した熱回収部水冷壁４３Ａのみを設置するよ
うにして建設コストを低減するようにしてもよい。この
場合、熱回収部水冷壁４３Ａは、内周面側と外周面側の
双方で熱回収を行うことになる。

【００２６】次に本発明の第３の実施の形態を図４〜図
８を参照して説明する。本実施の形態は、図１に示す実
施の形態において、熱回収ボイラの伝熱管４５を上下方
向に配置したものである。図４は、本実施の形態に係る
図１のＡ−Ａ線矢視断面に相当する断面を示す。熱回収
ボイラの伝熱管45は、図４に示したように、熱回収部水
冷壁43と圧力容器内部水冷壁61との間の空間に放射状に
配置されている。熱回収部水冷壁43及び圧力容器内部水
冷壁61は、図５に示したように、伝熱管62をメンブレン
バー63で連結し、気密構造としてある。

【００２７】図６に、本実施の形態における熱回収ボイ
ラの伝熱管45の配置を示す。熱回収ボイラの伝熱管45
は、ガス化炉生成ガス21の流れ方向と平行すなわち、鉛
直方向に配置されている。また、管内流体の流れの順序
としては、熱回収部水冷壁４３を通って、熱回収ボイラ
の伝熱管45に流れ、最後に圧力容器内部水冷壁61を経由
して循環するように構成してある。

【００２８】ガス化炉生成ガス21中には、通常の微粉炭
焚きボイラの排ガスに比べて大量の灰及びチャー等の固
体粒子が含まれている。このため、伝熱管を水平に配置
した場合、これらの固体粒子が図７に示すように伝熱管
上面に堆積し、伝熱管の有効面積が低下する。ガス流速
が小さい場合には、図8に示したように、上下の伝熱管
の間が堆積物32で満たされるという状態も実験で観測さ
れた。このような状態では、伝熱管の有効面墳が低下
し、必要な熱吸収量を確保できなくなる。

【００２９】本実施の形態によれば、伝熱管をガス流れ
に対して平行、すなわち鉛直方向に配置することによ
り、伝熱管の表面にガス中の固体粒子が付着しても、重
力の作用により落下したり、ガスの流れにより剥離する
ので、粒子の付着量は、ガス流れに垂直に配置された伝
熱管に比べて低減される。このため、粒子の付着または
堆積による熱抵抗の増加を防止して伝熱面を有効に活用
できるので、予め伝熱面を大きくしておく必要がない。

【００３０】また、図４からわかるように、熱回収部水
冷壁43は、熱回収部57を通過するガスと熱回収ボイラの
伝熱管45を通過するガスの両方から熱を回収するので、
熱回収効率を高めることができる。

【００３１】本実施の形態においては、図６からわかる
ように、伝熱管４５内で流体が蒸発する場合、伝熱管中
の気液混合物が一部下降流となり、流れが不安定となる
可能性がある。これに対しては、循環ポンプによる強制
循環を採用すれば問題とはならない。

【００３２】したがって、本実施の形態によれば、前記
第１の実施の形態による効果に加え、ガス化炉生成ガス
中の固体粒子の付着による伝熱管の汚れが軽減されるの
で、必要な熱吸収量を確保するための伝熱面積を低減す
ることができ、熱回収ボイラのコンパクト化が可能とな
るとともに、スートブロワによる伝熱面汚れの除去に要
する動力を低減できる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、熱回収ボイラの仕力容
器及びそれを支える鉄骨が不要になるため、石炭ガス化
プラントのコスト低減に効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る石炭ガス化炉
と熱回収ボイラを示す縦断面図である。

【図２】図１の部分緒の詳細を示す断面模式図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る石炭ガス化炉
と熱回収ボイラを示す横断面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係る石炭ガス化炉
と熱回収ボイラを示す横断面図である。

【図５】図４の部分の詳細を示す断面図である。

【図６】図４に示す実施の形態に於ける熱回収ボイラの
伝熱管緒の配置例を示す断面模式図である。

【図７】伝熱管表面への固体粒子の付着状況の例を示す
説明図である。

【図８】伝熱管表面への固体粒子の付着状況の他の例を
示す説明図である。

【図９】石炭ガス化プラントの構成例を示すブロック図
である。

【図１０】従来の石炭ガス化炉の例を示す断面図であ
る。

【図１１】従来の熱回収ボイラの例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 石炭 ２ 石炭前処理装置 ３ 石炭ガス化炉 ４ 空気 ５ 空気分離装置 ６ 熱回収ボイラ ７ 脱じん装置 ８ ガス精製装置 ９ ガスタービン １０ 排熱回収ボイラ １１ 蒸気タービン １２ 微粉炭 １３ 酸素 ２１ ガス化炉生成ガス ２４ 熱回収ボイラ圧力容器 ２５ 生成ガス ２６ 熱回収ボイラ入口 ２７ 熱回収ボイラ出口 ２８ 熱回収ボイラ伝熱管 ２９ 熱回収ボイラ水冷壁 ４１ 圧力容器 ４２ 耐火材 ４３、４３Ａ 熱回収部水冷壁 ４４ ガス化部水冷壁 ４５ 熱回収ボイラの伝熱管 ４７ 生成ガス出口 ４８ 上段ノズル ４９ 下段ノズル ５１ リサイクルチャーノズル ５２ リサイクルチャー及び酸素 ５３ スラグ排出口 ５４ スラグ水冷槽 ５５ スラグタップ ５６ ガス化部 ５７ 熱回収部 ５８ 熱回収ボイラ入口 ６１，６１Ａ 圧力容器内部水冷壁 ６２ 伝熱管 ６３ メンブレンバー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 石炭をガス化して生成ガスを得るガス化
   部と、該ガス化部の上方に配置され熱回収部水冷壁で周
   囲を囲まれた熱回収部と、前記ガス化部及び前記熱回収
   部水冷壁を含む熱回収部を収容する圧力容器とを含んで
   なり、前記生成ガスは前記熱回収部を上方に向かって流
   過しつつ前記熱回収部水冷壁と熱交換する石炭ガス化炉
   と、前記熱回収部を通過した生成ガスが導入され、該生
   成ガスからさらに熱回収する伝熱管を備えた熱回収ボイ
   ラと、を有してなる石炭ガス化装置において、 前記熱回収ボイラの伝熱管は前記熱回収部水冷壁と前記
   圧力容器の内周面の間に配置され、前記熱回収部を上方
   に向かって流過した生成ガスは熱回収部通過後流れ方向
   を反転させて下方に流下しつつ前記熱回収ボイラの伝熱
   管と熱交換するように構成されていることを特徴とする
   石炭ガス化装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の石炭ガス化装置におい
   て、 前記熱回収部水冷壁と対向する前記圧力容器の内周面に
   圧力容器内部水冷壁が配置され、前記熱回収ボイラの伝
   熱管は前記熱回収部水冷壁と前記圧力容器内部水冷壁の
   間に配置されていることを特徴とする石炭ガス化装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の石炭ガス化装置
   において、 前記熱回収ボイラの伝熱管は、軸線を上下方向にして配
   置されていることを特徴とする石炭ガス化装置。
4. 【請求項４】 請求項２または３に記載の石炭ガス化装
   置において、 前記熱回収ボイラの伝熱管は、熱回収媒体が、前記熱回
   収部水冷壁、前記熱回収ボイラの伝熱管、圧力容器内部
   水冷壁の順に流れるように接続されていることを特徴と
   する石炭ガス化装置。
5. 【請求項５】 請求項２記載の石炭ガス化装置におい
   て、 前記圧力容器内部水冷壁及び前記熱回収部水冷壁を断面
   が四角の角筒状に形成するとともに互いに対向する面を
   平行させて配置し、該互いに平行な面の間に、前記熱回
   収ボイラの伝熱管が配置されていることを特徴とする石
   炭ガス化装置。
6. 【請求項６】 石炭ガス化装置と、該石炭ガス化装置で
   生成されたガスを燃料として駆動されるガスタービン
   と、該ガスタービンの排ガスの熱で蒸気を生成する排熱
   回収ボイラと、該排熱回収ボイラで生成された蒸気で駆
   動される蒸気タービンと、を含んでなる石炭ガス化プラ
   ントにおいて、前記石炭ガス化装置が、請求項１乃至５
   のいずれかに記載の石炭ガス化装置であることを特徴と
   する石炭ガス化プラント。