JPH0545638B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、噴流層粉末固体燃料ガス化装置に使
用する冷却型噴出バーナに関する。

〔従来の技術〕

石炭は、化石燃料資源の中でその埋蔵量が最大
であり、石油代替エネルギーとして注目されてい
る。

石炭は、固体で取り扱いが不便な上、灰分、硫
黄および窒素等が含有しており、これを有効利用
するためには、液化、ガス化等によりクリーンな
エネルギー源に変換し、利用することが望まれ
る。現在石炭のクリーン燃料化の有力な方法とし
て石炭ガス化が注目されている。その中でも、石
炭からのクリーンガスを発電に用いる石炭ガス化
複合発電方式が注目されている。石炭ガス化複合
発電方式を支える重要技術の一つは石炭ガス化技
術であり、発電用ガス化炉としては高いガス化効
率、電力需要に対応できる運転性および信頼性、
幅広い炭種に対する適応性等が要求される。これ
らの条件を満足させるガス化炉として、微粉炭を
気流中で反応させる噴流層ガス化炉が有望視され
ている。

第１２図は、この噴流槽ガス化炉を用いたガス
化装置の概略図である。この装置は、石炭供給
系、ガス化剤供給系、ガス化炉３０、集塵系３４
および脱硫系３５等から成る。

石炭供給系では、粉砕機で粉砕、分級した粉末
固体燃料４９を原料搬送ライン４７から常圧ホツ
パ４８へ供給した後、加圧ホツパ２２へ充填し、
その後供給ホツパ２３へ供給する。この後、粉末
固体燃料４９をフイーダ４５で定量した後、搬送
ガス（窒素または不活性ガス）２４を用いて原料
輸送ライン２５を流通させ、ガス化炉３０に供給
する。途中、数本の原料噴出バーナ２７に均等に
分配供給できる分配器２６を有する。

ガス化剤供給系では、酸素または空気調節弁２
８、水蒸気調節弁２９、上、下段ガス化剤供給系
ライン４０，４１を介してガス化剤を流通させ、
さらに原料噴出バーナ２７を介してガス化炉３０
に供給する。粉末固体燃料（石炭または液化残渣
等）４９とガス化剤は、ガス化炉３０内の原料噴
出バーナ２７の出口で接触させる。

ガス化炉３０は、耐火レンガ等で内張りされた
構造である。炉内は1400℃以上の高温であるた
め、石炭中の灰分が溶融したスラグ状となる。こ
のスラグは、自由落下し、水を充填したスラグホ
ツパ３２内に入り、急冷固化されて外部に抜き出
される。

ガス化炉３０から生成されたガスは、ガス化炉
出口ライン３３から集塵装置３４、脱硫装置３５
を経て、生成ガスと一緒に飛散してくる不燃カー
ボンを含有したチヤーおよびダストや生成ガス中
の硫化水素を除去した後、クリーンなガスとして
ライン３６を経てタービン等に供給される。

これらの反応装置に設置しているガス化炉３０
には、前記のように粉末固体燃料（石炭または液
化残渣等）４９の供給系があり、そのガス化炉３
０側には必ず原料噴出バーナ２７を有している。

この原料噴出バーナ２７は、粉末固体燃料４９
とガス化剤とをバーナの内外で接触させ反応せし
めることにより、H2、CO等の富んだガスを発生
させうる重要な機器の一つである。

この場合、バーナ構造によつては、粉末固体燃
料が内筒管（粉末固体燃料供給管内）出口付近、
バーナ先端部で堆積し、閉塞するため連続供給が
困難になる。また、バーナ先端部冷却構造および
ガス化炉内からの副射熱によりバーナ先端部や内
筒管内出口付近の温度が上昇し、粉末固体燃料の
種類によつては、粉末固体燃料中の炭素分が燃焼
して固化状態となり、先端部や内筒管内出口付近
に堆積し、粉末固体燃料の供給が困難になること
等があり、バーナ先端部の冷却構造が非常に重要
になつてくる。

従来、バーナ先端部内の冷却方法として、下記
に示す方法が代表的である。

(1) 粉末固体燃料搬送用ガス（窒素および不活性
ガス等）を多量に流通させることにより、内筒
管内出口付近の温度上昇を抑制する方法。

(2) バーナの外筒管先端部内部まで冷却水を循環
させ、バーナを冷却する方法（特開昭59−
180207号、特開昭60−36810号）等がある。

(1)の方法は、冷却水量が少量でも内筒管内出口
付近の温度上昇を防止できる利点があり、また(2)
の方法は、構造が簡単になるという利点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

粉末固体燃料のガス化時では、粉末固体燃料を
ガス化炉まで搬送するガス量をできるだけ低減す
る必要がある。その理由は、粉末固体燃料搬送用
ガスとして、一般に不活性ガス（窒素または二酸
化炭素等）を用いており、その量が多いとガス化
炉内の温度上昇を抑制することから反応面に影響
を及ぼすためである。従つて、前記(1)の方法を用
いた場合、炉内の温度上昇が抑制され、反応速度
が遅くなつて効率が低下するという問題がある。
また、内筒管内での流速が速くなるため、出口付
近の摩耗が激しくなる問題がある。

一方(2)の方法では、構造は簡単であるが、内筒
管出口付近の外壁部まで冷却水が接触していない
ため、ガス化炉からの副射熱を強く受けるバーナ
先端部および内筒管内出口付近での冷却能力が低
下し、特にバーナ内部で粉末固体燃料とガス化剤
が接触して高熱を発生する内部混合式バーナにお
いては、ある温度までしか冷却できないことが考
えられる。これは、石炭等の原料に対しては影響
はないが、液化残渣等の低い温度で燃える原料に
対しては、内筒管内（粉末固体燃料供給管内）先
端部で原料が燃焼し、固化、堆積し、その結果と
して原料の供給が不可能になることが予想され
る。

本発明の目的は、バーナ先端部付近の摩耗が少
なく、かつ効果的にバーナ先端部付近の温度上昇
を防止できる冷却型噴出バーナを提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、同軸上に径の異なる複数個の円筒
管を重ね合わせ、一番内側の内筒管を粉末固体燃
料およびその搬送気体を供給する中心流路、その
外側の円筒管の内筒および円筒管相互間の空間を
冷却水を循環させうる流通路、ガス化剤を供給す
る流通路として構成したうえ、一番内側の内筒管
先端付近外壁およびバーナ先端部内壁に前記冷却
水が高速で接触するような流路を配設することに
より、達成される。

〔作用〕

バーナ先端部に設置した原料噴出ノズル内およ
び内筒管先端外壁部に設けた流通路内に高速で冷
却水を流通させる。これにより、炉内温度が1400
℃以上の高温でもバーナ先端部および内筒管内の
温度上昇は抑制され、どのような粉末固体燃料で
も連続的に供給できるようになる。

〔実施例〕

第１図は、本発明による冷却型噴出バーナの一
実施例を示す先端部断面図であり、第２図は第１
図の径方向の断面図である。また、第３図は第１
図のバーナを適用したガス化炉の概略構成図であ
り、第４図は第３図のＡ−Ａ断面図である。

まず、第３図および第４図のガス化炉について
説明する。

第３図において、ガス化炉４１は噴流層型のガ
ス化炉構造であり、内部は耐火レンガ等の耐火物
で内張りされており、スラグ冷却部４４、ガス化
反応部３１、生成ガス流通部４６から成る。

本発明によるバーナ２７はガス化炉内で旋回流
が形成されるように、第４図に示すようにガス化
炉反応部３１の下部の内壁に対して接線方向に４
本設置されている。

これら各バーナ２７には、冷却水入口ライン４
２、出口ライン４３、ガス化剤供給ライン（酸素
または空気）４０および石炭分岐管ライン３９が
接続されている。ガス化炉４１内は、1400℃以上
の高温になるため、水を充填したスラグ冷却部４
４にスラグを自由落下させ、急冷固化せしめ回収
するように構成されている。

次に、バーナ２７の詳細な構成を第１図，第２
図に従つて説明する。

第１図において、バーナ２７は外筒管（または
冷却管）９、ガス化剤供給管（酸素、空気および
水蒸気）１５、内筒管（粉末固体燃料供給管）１
６、冷却水供給管１７より成る。バーナ２７全体
は４重管構造となつており、バーナ内は冷却水供
給流通路６，７を通る冷却水３，４によつて冷却
される。

粉末固体燃料１は、中心流路８を有する内筒管
（粉末固体燃料供給管）１６を通り、粉末固体燃
料供給管出口１４より噴出される。

ガス化剤（酸素、空気および水蒸気）２は、ガ
ス化剤供給管１５内の流通路５を通り、原料噴出
ノズル１１内の流通路１０で所定の流速になり、
ガス化剤噴出口１３より噴出する。この１３の噴
出孔は第２図の断面図に示すように円周方向に８
個設けられており、各孔は同じ径で、かつ内筒管
（粉末固体燃料供給管）１６に対して中心よりに
ある角度を有する傾きであけられている。

この実施例のバーナ２７は、粉末固体燃料１と
ガス化剤（酸素、空気および水蒸気）２がバーナ
出口で接触する外部混合型のバーナである。外筒
管先端部１９は、一部テーパ構造とし、ガス化炉
の副射熱を受ける先端部面積を小さくした構造と
されている。

以下、バーナ先端部の冷却水循環系について詳
細に説明する。

冷却水３は、冷却水供給管１７の冷却水供給流
通路７を通り、バーナ先端部の原料噴出ノズル１
１まで供給され、内筒管出口付近の外壁冷却水通
路１２を通り、内筒管出口付近の外壁部を冷却し
た後、バーナ先端部内壁およびテーパ内壁冷却水
流通路１８を経て外筒管９内の冷却水戻り流通路
６を流通し、バーナ冷却水ラインから既設の装置
冷却水戻りラインに戻される。

第５図はバーナ２７の第２の実施例を示す先端
部断面図であり、第６図は第５図の径方向の断面
図である。また、第７図はバーナ２７の第３の実
施例を示す先端部断面図であり、第８図は第７図
の径方向の断面図である。さらに、第９図はバー
ナ２７の第４の実施例を示す先端部断面図であ
り、第１０図は第９図の径方向の断面図であり、
いずれもバーナ冷却水供給管１７を内筒管１６の
外側に変え、またガス化剤流通路５を冷却水供給
管１７の外側に設置することによつて、内筒管先
端部付近の内部の温度上昇を抑制しようとしたも
のであり、第１図の実施例と同等の効果を有する
ものである。

第１１図はバーナ先端内部温度に及ぼす冷却水
流速の影響を示したグラフであり、図のように冷
却水の流速が10m／ｓまでは先端内部の温度は
徐々に低下しているが、それ以降ではあまり変化
していない。このことから、バーナ先端内壁流通
路内流速を10m／ｓ以上にすれば温度上昇を効果
的に抑制できることがわかる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、バーナ先
端部付近を摩耗を少なくしてバーナ先端部および
内筒管内出口付近の温度上昇を効果的に抑制する
ことができるようになり、その結果として、どの
ような粉末固体燃料でも連続的に供給できる効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による冷却型噴出バーナ第１の
実施例を示す先端部断面図、第２図は第１図の径
方向の断面図、第３図は本発明のバーナを適用し
たガス化炉の概略構成図、第４図は第３図のＡ−
Ａ断面図、第５図は本発明による冷却型噴出バー
ナの第２の実施例を示す先端部断面図、第６図は
第５図の径方向の断面図、第７図は本発明による
冷却型噴出バーナの第３の実施例を示す先端部断
面図、第８図は第７図の径方向の断面図、第９図
は本発明による冷却型噴出バーナの第４の実施例
を示す先端部断面図、第１０図は第９図の径方向
の断面図、第１１図は冷却水流速とバーナ先端冷
却水温度との関係を示すグラフ、第１２図は噴流
層ガス化装置の概略構成図である。 １……粉末固体燃料、２……ガス化剤、３……
冷却水（供給）、４……冷却水（戻り）、５……ガ
ス化剤、６……冷却水戻り流通路、７……冷却水
供給流通路、８……中心流路、９……外筒管、１
０……原料噴出ノズル内流通路、１１……原料噴
出ノズル、１２……内筒管、１３……ガス化剤噴
出口、１４……粉末固体燃料噴出口、１５……ガ
ス化剤供給管、１６……内筒管、１７……冷却水
供給管、１８……テーパ内壁冷却水流通路、１９
……バーナ先端部、２２……加圧ホツパ、２３…
…供給ホツパ、２４……搬送ガス、２５……原料
輸送ライン、２６……分配器、２７……原料噴出
バーナ、２８……ガス化剤調節弁、２９……水蒸
気調節弁、３０……噴流層ガス化炉、３１……ガ
ス化炉反応部、３２……スラグホツパ、３３……
ガス化炉出口ライン、３４……集塵系、３５……
脱硫系、３６……ライン、３７……スラグライ
ン、３８……上段分岐管ライン、３９……下段分
岐管ライン、４０……下段ガス化剤ライン、４１
……上段ガス化剤ライン、４２……冷却水入口ラ
イン、４３……冷却水出口ライン、４４……水充
填層、４５……フイーダ、４６……ガス生成流通
部、４７……原料搬送ライン、４８……常圧ホツ
パ、４９……粉末固体燃料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 同軸上に径の異なる複数個の円管を重ね合わ
   せ、一番内側の内筒管を粉末固体燃料およびその
   搬送気体を供給する中心流路、その外側の円筒管
   の内筒および円筒管相互間の空間を冷却水を循環
   させる流通路、ガス化剤を供給する流通路として
   それぞれ構成したうえ、一番内側の内筒管先端付
   近外壁およびバーナ先端部内壁に前記冷却水が高
   速で接触するような流路を配設したことを特徴と
   する冷却型噴出バーナ。 ２ 内筒管先端付近外壁およびバーナ先端部内壁
   を流通する冷却水の流速を10m／ｓ以上とするこ
   とを特徴とする請求項１記載の冷却型噴出バー
   ナ。 ３ 一番外側の円筒管先端部を一部テーパ構造と
   することを特徴とする請求項１記載の冷却型噴出
   バーナ。 ４ 粉末固体燃料とガス化剤は、バーナ先端部出
   口以降で接触するものである請求項１〜３のいず
   れかに記載の冷却型噴出バーナ。