JPH01259090A - 石炭類流動層ガス化炉用ガス化剤吹込みノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、たとえば多孔板を介して或いは多孔板を介す
ることなしに、流動層形成用ガスを炉体内に炉体底部よ
り導入して、炉体内に石炭類の流動層を形成し、該流動
層形成区域の少なくとも下段部にガス化剤を吹込んで、
該区域においてガス化反応を行い、流動層形成区域より
上方の空塔部から石炭類ガス化物を取り出し、一方、ガ
ス化残渣固形分を炉体底部より抜き出して石炭類の流動
層ガス化を行なう石炭類の流動層ガス化炉に於て、上記
下段部にガス化剤を吹込むための下段吹込みノズルにお
ける従来ノズルの技術的欠陥を克服して、顕著に改善さ
れた石炭類の流動層ガス化を行なうことを可能にするガ
ス化剤下段吹込みノズル構造物に関する。

更に詳しくは、本発明は、石炭類流動層ガス化炉の流動
層形成区域の下段部に、炉壁を貫通して該区域の中心線
方向に突出させて水平に設けられるガス化剤下段吹込み
ノズルであって、該ノズルの先端部開口が該区域の中心
線方向に且つ斜め上方に向って開口していることを特徴
とする石炭類流動層ガス化炉用ガス化剤吹込みノズル構
造物に関する。

従来、分散板（流動層形成用多孔整流板）を介して流動
層形成用ガスを炉体内に炉体底部より導入して石炭類の
流動層を形成し、該流動層形成区域の少なくとも下段部
（たとえば、下段部或いは下段部及び中段部）にガス化
剤を吹込んで、該区域においてガス化反応を行なう分散
板型石炭類流動層ガス化炉、更には、分散板を介するこ
となしに、炉体底部より流動層形成用ガス噴流を導入し
て炉体内に石炭類の流動層を形成し、同様にしてガス化
剤を吹込んでガス化反応を行なう噴流型石炭類流動層ガ
ス化炉、などの石炭類流動層ガス化炉が知られている。

このような従来ガス化炉に於て、流動層形成区域の少な
くとも下段部に、ガス化剤、通常、空気及び／又は酸素
とスチームを含有するガス化剤を該下段吹込みノズルを
介して吹込んでガス化反応が行われるが、該下段吹込み
ノズルとして、ガス化炉の炉壁を貫通して該区域の中心
線方向に突出させて水平に設けられるガス化剤下段吹込
みノズルが知られている。しかしながら、このようなガ
ス化剤下段吹込みノズルにおいては、ノズル先端部の周
囲に溶融灰が固着成長してガス化剤吹込みの正常且つ円
滑な供給及び吹込み操作を阻害するトラブルが比較的短
時間で発生し、更に、固着成長した溶融灰の塊状物の脱
落による例えば分散板の口塞りやガス化残渣固形分の抜
き出し不全、閉塞その他のトラブル発生の原因ともなる
。

このようなトラブルを回避するため、噴流型石炭類流動
層ガス化炉において、炉壁を貫通して流動層形成区域の
中心線方向に突出させて水平に設けられるガス化剤下段
吹込みノズルに固着成長する溶融灰を、上述のようなト
ラブルの発生しないうちに機械的掻き落し手段を設けて
除去する特開昭５９−１１７５８６号の提案が知られて
いる。

この提案においては、先行技術として特開昭５２−１２
６４０４号の提案を紹介し、該先行技術に開示されてい
る分散板型石炭類流動層ガス化炉における炉内に突出し
た下段吹込みノズルでは、長い時間の運転に際しては依
然として溶融灰の融着発生のトラブルが回避できない技
術的欠陥のあることを指摘している。そして、上記特開
昭５９−１１７５８６号の提案では、噴流型石炭類流動
層ガス化炉に於て、上記ガス化剤下段吹込みノズルに連
続的ないし断続的な振動を与えたり、或いは又、ノズル
外周をパイプが可動となるように設計する等の機械的な
除去手段を付加して、溶融灰が過度に固着成長しないう
ちにこれを除去する噴流型石炭類流動層ガス化炉を提案
している。

しかしながら、この提案においては、機械的な除去手段
を設ける装置上の不利益及び該手段を作動させる操作上
の不利益などの新しい技術的欠陥を伴うことが回避でき
ない。また、従来のガス化炉では、例えば、機械的な手
段を高温−高圧下のガス化炉に取付けることは実質的に
不可能であり、また炉内に突出したノズルの先端に成長
した溶融灰の形状や大きさを直接検知することも困難で
ある。また、従来の上記の如きガス化炉では溶融灰の量
を制御することも困難であった。

本発明者らは、石炭類流動層ガス化炉の流動層形成区域
の下段部に、炉壁を貫通して該区域の中心線方向に突出
させて水平に設けられるガス化剤下段吹込みノズルにお
ける上述の如き従来技術の欠陥を克服できる石炭類流動
層ガス化剤吹込みノズル構造物を開発すべく研究を進め
てきた。

その結果、従来は、流動層形成区域の中心線に直行する
方向に向って開口していたガス化剤下段吹込みノズルの
先端部開口を、該区域の中心線方向に且つ斜め上方に向
って開口させるという簡単な構造変更を充足するように
設計することによって、前述の従来技術の欠陥が一挙に
解決できることを発見した。

更に、ガス化剤下段吹込みノズルの先端部開口を上記の
如く設計することにより、ガス化剤を直接流動層内に供
給することが可能となった。そのため該開口を通してガ
ス化剤を流動層内に分割供給することができ、そうする
ことによって従来法の分散板型石炭類流動層ガス化炉に
比べて、高濃度の酸素を炉内に供給することができるよ
うになり、その結果炉内の温度をより高温度に且つ均一
化することができ、後述する冷ガス効率および信頼性が
向上することが明らかとなった。

従って、本発明は石炭類の流動層ガス化を工業的に顕著
に有利に実施することを可能とする石炭類流動層ガス化
炉用ガス他剤下段吹込みノズル構造物を提供するにある
。

本発明の上記目的及び更に多くの他の目的ならびに利点
は、以下の記載から一層明らかとなるであろう。

本発明の石炭類流動層ガス化炉用のガス他剤下段吹込み
ノズル構造物は、前述した分散板型及び噴流型のいづれ
のタイプの石炭類流動層ガス化炉にも適用できるが、分
散板型石炭類流動層ガス化炉用のガス他剤下段吹込みノ
ズル構造物に適用するのにとくに好適であるので、以下
においては、添付図面を用いて、この態様について主と
して詳細に説明する。

添付図面第１図は、本発明の石炭類流動層ガス化炉用の
ガス他剤下段吹込みノズル構造物の一例を示す側断面図
であり、第２図は分散板型石炭類流動層ガス化炉の一態
様を示す一部切欠しＩ；暗示的断面図である。

第２図の例において、分散板（流動層形成多孔板）２０
を介して、流動層形成用ガスを炉壁２３で囲まれて形成
されている炉体内に炉体底部より導入して（図中、イ）
、石炭類の流動層を形成する。石炭類は、例えばスラリ
ー生石炭類粉末の形態でスチームにより石炭類供給ノズ
ル２２を介して流動層形成区域Δ中に噴霧され、この例
では該区域の中断部に導入されている。該区域Δの少な
くとも下段部（たとえば、下段部或いは下段部及び中段
部）に、下段吹込みノズル２１を介してガス化剤を吹込
んで、該区域Δにおいてガス化反応を行なう。第２図の
例においては、該区域Δの中断部にもガス他剤中段吹込
みノズル２１’が設けられ、これら下段及び中段吹込み
ノズル２１．２１′は炉壁２３を貫通して該区域Δの中
心線Ｘ方向に突出させて水平に設けられており、該ノズ
ルの先端部開口は該中心線Ｘに直行する方向に向って開
口している。また、第２図の例においては、石炭類供給
ノズル２２は上記中心線Ｘ方向に且つ斜め上方にに向っ
て石炭類スラリーを噴霧するように、炉壁２３を斜めに
貫通して設けられている。

ガス化反応により生成した石炭類ガス化物は流動層形成
区域Δの上面Ａ′より上方の空塔部旦（−部切欠して示
しである）から取り出され、一方、ガス化残渣固形分は
炉体底部より残渣抜出し路２４を介して抜出される（図
中、口）。

上記下段吹込みノズル２１中段吹込みノズル２１’、石
炭類供給ノズル２２は、複数ケをそれぞれ中心線Ｘ方向
に供給流が互いに衝突するように対向する位置に設ける
のが普通であり、第２の例ではそれぞれ２ケのノズルが
図示されているが、それ以上複数ケ設けてよいことは勿
論である。

本発明は、上述した第２図に分散板型石炭類流動層ガス
化炉の一例を示したようなガス化炉の炉壁２３を貫通し
て該区域Δの中心線Ｘ方向に突出させて水平に設けられ
るガス化剤吹込みノズルの改善に関する。

本発明の石炭類流動層ガス化炉用のガス他剤下段吹込み
ノズル構造物は、石炭類流動層ガス化炉の流動層形成区
域Δの下段部に、炉壁２３を貫通して該区域の中心線方
向に突出させて水平に設けられるガス他剤下段吹込みノ
ズルであって、第１図にその一例についての側断面図を
示したように、該ノズル２１の先端部開口ｌが該区域Δ
の中心線Ｘ方向に且つ斜め上方に向って開口して居るこ
とを特徴としている。第１図の例について、この特徴を
更に詳しく説明する。

本発明のガス他剤下段吹込みノズル２１は、炉壁２３を
貫通して流動層形成区域Δの中心線Ｘ方向に突出させて
水平に設けられている。ここで、「中心線方向に突出さ
せて水平」と称するのは、第１図に示されているように
、ノズル突出部軸線Ｙが上記区域Δの中心線Ｘに直交す
る場合だけではなく、それに近い状態でほぼ直交する場
合を包含する意味である。例えば、図中、角θ１が９０
０である場合を包含して８０°〜１００°の如き範囲、
好ましくは９０°±５°の範囲で交わる場合を包含する
。

更に、本発明のガス他剤下段吹込みノズル２１は、該ノ
ズルの先端部２の開口ｌが、流動層形成区域Ａの中心線
Ｘ方向に且つ斜め上方に向って開ロしている。ここで、
「該区域の中心線方向に且つ斜め上方」と称するのは、
第１図に示されているように、ノズル突出部の先端部２
の軸線Ｙ′が流動層形成区域Δの中心線Ｘと交わる場合
だけではなく、該軸線Ｙ′を軸線として先端部開口ｌの
径を径とする円柱の延長が該中心線Ｘと交わる程度に偏
位した場合を包含した意味の中心線方向で、且つ図中θ
で示した角度が９０°未満、たとえば、５０°〜７０°
、好ましくは６０°±５°の如き角度を示す意味の斜め
上方を意味する。

本発明のガス化剤下段吹込みノズル２１において、ノズ
ルを流動層形成区域の中心線方向に水平に突出させて設
ける。

流動層形成区域において、炉内壁面の近くにある粒子は
、炉内中心部にある粒子よりも運動エネルギーが小さい
。そのため、流動層形成区域の炉内壁面の近傍には粒子
が帯留し易い帯留域が形成される。従って、流動層形成
区域の壁面に設けるガス化剤下段吹込みノズルが壁面か
ら突出していない場合には、ノズルから吹込まれるガス
化剤中の酸素と該帯留域中の粒子とが燃焼反応を起して
発熱するが、熱の拡散が不充分であるため、該ノズル先
端に円筒状の突出したシンターを形成することになる。

これに対し、本発明のノズルは壁面から突出してそのノ
ズル開口部が粒子の運動エネルギーの大きい部分にまで
至っており、それ故上記の如き突出したシンターを形成
することがない。

本発明によれば、本発明のノズルは炉壁内面から炉中心
線方向に向って、好ましくは約３〜約１００ｃｍ、より
好ましくは約７〜約３０ｃｍ突出している。

また、流動層形成区域において、ガス化剤下段吹込みノ
ズルを炉中心線方向に突出させずに、該中心線から大き
く外れた炉の接線方向に突出させると、該ノズルから吹
込まれるガス量が変動すると、流動層内の粒子の流動お
よび混合状態が一定しない不安定な状態となるので、不
適当である。

また、炉の接線方向に突出したノズルの背面部位には粒
子の流れが一様でない粒子の高濃度領域が形成されるよ
うになるので、この点においても不適当である。従って
、ガス化剤下段吹込みノズルを接線方向に突出させた場
合には石炭の安定なガス化を達成することは不可能であ
る。

これに対し、ガス化剤下段吹込みノズルを中心線方向に
突出させる本発明によれば、ノズル開口からのガス化剤
は炉中心線方向に向って吹出して流動層区域の中心部に
上昇流を形成するため、流動層全体の流れ（動き）を乱
すことなく、安定な流動層を形成する。本発明によれば
、特に炉壁の対向する位置に吹込みノズルを設置するこ
とにより、各ノズルから吹出したガスが炉中心部で衝突
するので、このようなノズルの設置は炉中心部に上昇流
を形成するので好適である。

更に又、上記本発明ノズルの先端部開口が流動層形成区
域の中心線方向に、且つ斜め上方に向って開口するよう
に設ける。

流動層区域に設けるガス吹込みノズルの先端部開口が炉
中心線方向に且つ垂直に開口していると、ノズルからの
ガス化剤の吹込みは炉中心線に直交するようになる、そ
のため、このガス化剤の吹込みがガス化炉の下方から上
方へ上昇している粒子流と交叉することになる。その結
果、ノズルの先端部の下方部に粒子の濃密な滞留部がで
き、そしてこの滞留部ではノズルからの酸素と粒子との
燃焼反応により発生する熱の拡散が不良となり、ノズル
の先端部の下方部に板状のシンターを形成するようにな
る。このような板状のシンターは特に炉下部の上昇流の
強い箇所において顕著である。

これに対し、本発明のノズルの先端部開口は、中心線方
向に向って斜め上方に開口しているので、流動層区域内
の粒子の動きを乱すことなく、ガス化剤が安定に炉内に
吹込まれ、円滑に粒子と反応して、ガス化を達成する。

さらに説明すれば、本発明のノズルによって、斜め上方
に噴出されたガス化剤は、炉内の粒子運動をさらに活発
にし、上昇流を強めて、粒子の円滑な炉内循環を達成し
そして層全体を高温化するため、ガス化効率を著しく向
上せしめる。上記の如く、中心部に形成された大きな上
昇流は、ノズルから高濃度の酸素を供給しても上記の如
き板状のシンターの形成を防止するので、安定なガス化
運動を妨げることにはならない。

本発明のガス化剤下段吹込みノズルにおいては、第１図
の例に示したように、石炭類流動層ガス化炉の炉壁２３
の内壁面をこえて流動層形成区域中に水平に突出した部
分の外径を小さく設計するのが、この部分への溶融灰の
付着を避けるのに好ましいので、これに伴って小さくな
る該部分の内径ｄ′を、ガス化剤の所望の吹込みに支障
を生じないかぎり、できるだけ小さく設計するのが好ま
しい。更に、該下段吹込みノズルの挿入及び引抜きが円
滑に行われるように、ノズル先端部開口ｌを包含して先
端部水平方向最大外径ｄ“が、炉壁２３の貫通孔径ｄ”
より図中△ｄで示したようにやや小さくなるように設計
するのがよい。△ｄが約０．５〜約５ｍｍ、好ましくは
約１〜約３ｍｍ程度となるような寸法を例示できる。こ
のような寸法は、当業者の適宜に選択設定し得るところ
であるが、例えば図中、ノズル突出部長さａ＝約６０〜
約９０ｍｍ、ノズル基部内径ｄ＝約２０ｍｍ〜約４０ｍ
ｍ、ノズル突出部内径ｄ′−約１５　ｍ　ｍ　〜約３０
ｍｍ（但し、ｄ）ｄ　’、好ましくはｄ−ｄ’−約５　
ｍ　ｍ−約１５ｍｍ）、△ｄ−約０．５ｍｍ〜約５ｍｍ
、ノズル先端部開口径ｄ−−約１０ｍｍ〜約１５ｍｍ、
の如き寸法を例示することができる。

本発明のガス化剤下段吹込みノズルは、上述したように
、石炭類流動層ガス化炉の流動層形成区域の下段部に、
炉壁を貫通して該区域の中心線方向に突出させて水平に
設けられるガス化剤下段吹込みノズルであって、該ノズ
ルの先端部開口が該区域の中心線方向に且つ斜め上方に
向って開口していることを特徴としている。そして、そ
の−好適態様によれば、分散板型石炭類流動層ガス化炉
の流動層形成区域の下段部に、炉壁を貫通して該区域の
中心線方向に突出させて水平に設けられるガス化剤下段
吹込みノズルであって、該ノズルの先端部開口が該区域
の中心線方向に且つ斜め上方に向って開口しており、該
先端部開口を包含して先端部水平方向最大外径ｄ“が該
炉壁の貫通孔径ｄ″′よりやや小であることを特徴とす
るガス化剤下段吹込みノズルが提供できる。

添付図面の第３図には、種々のタイプの石炭ガス化炉の
模式的説明図が開示されている。

第３図の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）はそれぞ
れ下記の点で相違している。

（Ａ）　　ガス吹込みノズルを有していない、（Ｂ）　
　ガス吹込みノズルが炉壁内面から突出していない、 （Ｃ）　　ガス吹込みノズルが炉壁内面から中心線方向
に向って突出しておりそしてその開口は中心線に垂直に
向いている、 （Ｄ）　　ガス吹込みノズルが炉壁内面から、中心線方
向に向って且つその開口が斜め上向きに向いている（本
発明のノズル）、上記各戸を運転して得られた結果を第
１表に示しｔ；。

上記タイプＡ、Ｂ、Ｃ，およびＤのガス化炉について、
さらに下記の知見が得られた。

タイプＡの分散板のみのガス他剤供給方式では、分散板
からの酸素許容限界濃度が１３％以下と低いために、ガ
ス化炉層上部温度を９００℃以上に上げることが出来ず
、よって冷ガス効率が７０％以下で、よい結果を得るこ
とが出来なかった（第１表参照）。

タイプＢおよびＣのガス他剤水平吹きノズル供給併用方
式では多少の連続運転時間の差はあったが、ガス他剤水
平吹きノズルまわりに、成長した円筒や板状のシンター
が分散板に蓄積し、最大１９０時間で、ガス化炉を停止
せざるを得なかっｔこ。

タイプＤのガス他剤供給用６０’上向きノズルを併用す
ることにより、シンター物によるトラブルはなくなり、
かつ同ノズルより３０％の高濃度酸素供給により炉温の
高温化が可能になり、冷ガス効率も７５％と大巾に向上
した。

又、運転時間も３００時間、５００時間と行ったがなん
ら問題も発生せず、ガス化炉の信頼性が向上した。

第４図には、本発明のガス化剤下段吹込みノズル構造物
の他の例の側断面図である。第４図のノズルは図示のと
おり３つのノズル先端部開口２゜２′および２″を有し
ている。これらのノズル先端部開口はいずれも中心線方
向に向って且つ斜め上方に向って開口している。

本発明のノズルはこのような複数個のノズル先端部開口
を有するものも包含する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の石炭類流動層ガス化炉用のガス化剤下
段吹込みノズル構造物の一例の側断面図である。 第２図は分散板型石炭類流動層ガス化炉の一態様を示す
一部切欠き暗示的断面図である。 第３図は種々のタイプの石炭ガス化炉の模式的説明図で
ある。 第４図は本発明のガス化剤下段吹込みノズル構造物の他
の例の断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、石炭類流動層ガス化炉の流動層形成区域の下段部に
   、炉壁を貫通して該区域の中心線方向に突出させて水平
   に設けられるガス化剤下段吹込みノズルであって、該ノ
   ズルの先端部開口が該区域の中心線方向に且つ斜め上方
   に向って開口していることを特徴とする石炭類流動層ガ
   ス化炉用ガス化剤吹込みノズル構造物。 ２、該石炭類流動層ガス化炉が多孔整流器（板）型石炭
   類流動層ガス化炉である特許請求の範囲第１項記載のノ
   ズル構造物。