JPH0711261A - 石炭ガス化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スラグ冷却部におけるスラグ流下状況又はバ
ーナの燃焼状況を監視する監視手段の視野が狭くならず
明瞭であると共に、生成ガスの発熱量を低下させること
のない石炭ガス化装置を提供すること。 【構成】 気流層方式の石炭ガス化装置において、スラ
グ冷却部は酸化剤を含むガスを供給する手段を備え、そ
の酸化剤を含むガスを供給する手段は、監視手段におけ
る酸素ガスを含むパージガスを供給するパージガス供給
手段とし、パージガスの酸素ガス濃度は２〜１０％であ
り、更に、パージガス供給手段の上流に、可燃ガス供給
手段が備えられ、パージガス供給手段は窒素ガスを主体
とするパージガスを供給する手段であり、可燃ガス供給
手段は石炭ガス化装置において生成する生成ガスをリサ
イクルしたリサイクルガスを供給する手段である石炭ガ
ス化装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石炭等の微粉状固体炭
素質原料をガス化する気流層方式の石炭ガス化装置に関
し、特にスラグ冷却部のスラグ流下状況又は加熱用バー
ナの燃焼状況を監視する監視手段の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、石炭等の炭素質固体原料をガス化
する装置には、固定層、流動層、気流層等の各方式が種
々提案されている。これらの方式の中で、気流層方式は
原料を微粉にして酸素、空気等の酸化剤と共に原料灰の
融点以上の温度（約１３００〜１６００℃）の炉内に供
給して原料中の可燃分をガスに、灰分をスラグに変換さ
せるため、他の方式に比較しガス化効率が高い、適
用炭種が広い、環境適合性が優れている等の特徴を有
しているので、合成ガス、複合発電、燃料電池等の燃料
及び原料製造に適しており、国内外で開発が進められて
いる。

【０００３】図４は、従来の石炭ガス化装置の説明図
で、本体を中心に示した断面図である。石炭ガス化装置
１の本体２は、ガス化部３とその上部に熱回収部５、下
部にスラグ冷却部４から構成されている。ガス化部３は
石炭バーナ９、１０と共に、下部炉床板にスラグタツプ
６が設けられ、雰囲気圧力は数十気圧である。石炭バー
ナ９、１０の上流側は、図５に示すように常圧の供給ホ
ツパ４４内の微粉状石炭４５はバルブ４６通してロツク
ホツパ４９に入り、加圧用ガスラインからの窒素等の不
活性ガスにより加圧用ガスバルブ４７を通して加圧され
る（４８はバルブ）。次に、ロツクホツパ４９内の微粉
状石炭はバルブ５０を通して供給ホツパ５２に移送され
る。供給ホツパ５２は加圧ラインからの窒素等の不活性
ガスである加圧用ガスがバルブ５１を通して供給され加
圧されている。微粉状石炭はバルブ５３、５４、定量供
給のフイーダ５５、５６を通して送られ、エゼクタ６
１、６２でライン５７、５８からの窒素、炭酸ガス等の
搬送用ガスと共にバルブ５９、６０を通して各々原料供
給ライン２５、２６に、酸化剤はバルブ６３、６４を通
して酸化剤供給ライン２７、２８に、各々石炭バーナ
９、１０に供給される。

【０００４】スラグ冷却部４においては、ガス化部スラ
グタツプ６からの溶融スラグ８は下方のスラグ冷却水７
中に落下し、表面と内部との温度差による熱応力が発生
するのでスラグ冷却水７中で２〜５ｍｍ程度の大きさに
水砕される。

【０００５】このような石炭ガス化装置１において、溶
融スラグ８が安定に排出出来なければ様々なトラブルを
引き起こしてしまう。例えば、スラグタツプ６が閉塞す
ればガス化部３の炉床板部に溶融スラグ８が溜り、更に
運転を続けると溶融スラグ８が下段バーナ１０の原料及
び酸素噴出口を塞ぐので、装置の運転を中止せざるを得
なくなる。再度運転を開始するためには、本体２を解体
し、本体２底部の補修、スラグタツプ６の交換を行わね
ばならず、最悪の場合には石炭ガス化装置１を再起不能
にしてしまう。従って、気流層方式の石炭ガス化装置１
ではスラグタツプ６における溶融スラグ８の流下状況の
監視が重要である。石炭ガス化装置１の運転中は、炉床
板のスラグタツプ６は原料の灰の溶融点以上の温度に保
持されているため、スラグ冷却部４には可燃性のガスが
充満しており温度も高い。又、溶融スラグ８の流下に伴
って、一部ではあるが未燃のチヤーも存在している。

【０００６】従来法では、溶融スラグ８の流下状況を監
視する監視手段Ａ１１のパージガス１２′としては、窒
素等の不活性ガス或いは石炭ガス化装置１で生成した生
成ガス２２をリサイクルしたリサイクルガス等の可燃性
ガスの単独ガスを用いていた。監視手段Ａ１１の他に、
石炭ガス化装置１の起動時にガス化部３を加熱昇温させ
るためのバーナやスラグタツプ６を加熱するためのバー
ナの燃焼状況を監視する監視手段Ｂ１６が設けられてい
るが（以下、監視手段Ａ１１及びＢ１６を総称して「監
視手段」と云う）、監視手段Ａ１１と同様に監視手段Ｂ
１６にもパージガス１７′として窒素等の不活性ガス或
いはリサイクルガス等の可燃性ガスの単独ガスが用いら
れていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
石炭ガス化装置１において、パージガス１２′、１７′
はスラグ冷却部４に注入されると、雰囲気中のガスと混
合する部分で雰囲気中のガスを冷却するので、雰囲気中
の可燃性ガスのＣラジカル、Ｃ２ラジカル等の燃焼中間
生成物が冷却され煤を生じ、監視手段のパージガス噴出
口近傍３１、３２に付着して、図示していないが監視手
段の監視のための窓或いは監視機器Ａ１４、Ｂ１９の検
出窓（以下、監視手段の監視のための窓或いは監視機器
Ａ１４、Ｂ１９の検出窓を総称して「監視窓」と云う）
の視野を狭くしたり、監視窓に付着して監視窓が明瞭で
なくなると云う問題があった。特に、パージガス１
２′、１７′として窒素ガスを用いた場合には、監視手
段のパージガス噴出口近傍３１、３２で未燃のチヤーが
消化して黒い粒子になるので、一層監視窓の視野が狭く
なり監視窓が明瞭でなくなる。一方、監視窓の視野が狭
くならないようにパージガスを多く注入するとガス化部
３の下部、特にスラグタツプ６が冷却され、それを防止
するためスラグタツプ６を加熱する加熱用バーナ１５の
燃料供給量を増加させると、燃焼生成物が多くなり石炭
ガス化装置１の生成ガス２２発熱量を低下させると云う
問題があった。

【０００８】本発明の目的は、石炭ガス化装置における
スラグ冷却部において、スラグ流下状況を監視する監視
手段又は加熱用バーナの燃焼状況を監視する監視手段の
監視窓の視野が狭くならず監視窓が明瞭であると共に、
必要以上の燃料の燃焼による燃焼ガスの増加によって、
生成ガスの発熱量を低下させることのない石炭ガス化装
置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本願第１発明は、ガス化部と該ガス化部の隣接下部
に位置するスラグ冷却部とを有し、該スラグ冷却部はス
ラグ流下状況を監視する監視手段及び加熱用バーナの燃
焼状況を監視する監視手段とを有する気流層方式の石炭
ガス化装置において、前記スラグ冷却部は酸化剤を含む
ガスを供給する手段を備えたことである。

【００１０】本願第２発明は、本願第１発明において、
酸化剤を含むガスを供給する手段は、前記監視手段にお
ける酸素ガスを含むパージガスを供給するパージガス供
給手段であって、前記パージガスの酸素ガス濃度は２〜
１０％であることである。

【００１１】本願第３発明は、本願第２発明において、
パージガス供給手段の上流に、可燃ガス供給手段が備え
られていることである。

【００１２】本願第４発明は、本願第２発明又は第３発
明において、パージガス供給手段は窒素ガスを主体とす
るパージガスを供給する手段であり、可燃ガス供給手段
は該石炭ガス化装置において生成する生成ガスをリサイ
クルしたリサイクルガスを供給する手段であることであ
る。

【００１３】

【作用】本発明によれば、ガス化部とこのガス化部の隣
接下部に位置するスラグ冷却部とを有し、スラグ冷却部
はスラグ流下状況及び加熱用バーナの燃焼状況を監視す
る監視手段とを有する気流層方式の石炭ガス化装置にお
いて、スラグ冷却部は酸化剤を含むガスを供給する手段
を備えているので、スラグ冷却部に充満している可燃性
のガスや未燃のチヤーは、酸化剤を含むガスを供給する
手段からの酸化剤を含むガスと混合し、可燃性のガスや
未燃のチヤーと酸化剤とが反応するので煤や黒い粒子が
発生しない。従って、監視手段の監視窓の視野を狭くし
たり監視窓を不明瞭にしたりすることがない。

【００１４】監視手段において、酸素ガスを含むパージ
ガスを供給するパージガス供給手段であって、パージガ
スの酸素ガス濃度は２〜１０％であるから、パージガス
噴出口近傍で可燃性のガスや未燃のチヤーとパージガス
の酸素ガスとが燃焼反応し、上記と同様の作用を奏す
る。しかも燃焼反応は過激でないので監視機器の温度は
あまり上がらずに保護され、且つ誤動作をすることもな
い。又、スラグ冷却部は過度に冷却されないので、スラ
グタツプを加熱するバーナの余分の燃料供給をすること
もなく、燃焼生成物は少なく石炭ガス化装置の生成ガス
の発熱量は低下しない。

【００１５】監視手段のパージガス供給手段の上流に、
可燃ガス供給手段が備えられているので、可燃ガスはパ
ージガスと良く混合しパージガス噴出口近傍で直に燃焼
反応して上記と同様の作用をすると共に、凡そ可燃ガス
の供給量に相当する分のパージガス量を減らすことが出
来る。

【００１６】パージガス供給手段は窒素ガスを主体とす
るパージガスを供給する手段であり、可燃ガス供給手段
は石炭ガス化装置において生成する生成ガスをリサイク
ルしたリサイクルガスを供給する手段とすることによ
り、上記と同様の作用を奏すると共に、パージガス及び
可燃ガスとして特別のガスを用意する必要がない。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１８】図１は、本発明に係る石炭ガス化装置の説
明図で、本体を中心とした断面図である。石炭ガス化装
置１の本体２は、ガス化部３とガス化部３の上部に隣接
する熱回収部５、下部に隣接するスラグ冷却部４とから
なる。ガス化部３には石炭バーナ９、１０が設けられて
いる。熱回収部５の内壁にはボイラ供給水４１、４２に
接続されたヘツダ２０、２１及び伝熱管４３が設けられ
ている。スラグ冷却部４には溶融スラグ８の流下状況を
監視する監視手段Ａ１１が設けられ、更に、石炭ガス化
装置１の起動時にガス化部３を加熱昇温させるためのバ
ーナや炉床板のスラグタツプ６を加熱するためのバーナ
が設けられ、これらのバーナをまとめて加熱用バーナ１
５として図示してある。又、この加熱用バーナ１５の燃
焼状況を監視する監視手段Ｂ１６が設けられている。

【００１９】図２は、図１における要部拡大断面図であ
る。図２に示されているように、監視手段Ａ１１は、監
視機器Ａ１４であるイメージフアイバや図示しない監視
のための窓があり、監視手段Ｂ１６には監視機器Ｂ１９
である火炎検出器や図示しない監視のための窓がある。
両監視手段共、パージガス供給手段Ａ１２及びＢ１７が
備えられ、それぞれパージガスライン２９、３０とこれ
らに接続される酸素ガスライン３３、３４が設けられて
いる。すなわち、本実施例では酸化剤を含むガスを供給
する手段が、パージガスライン２９、３０及び酸素ガス
ライン３３、３４により形成されている。加熱用バーナ
１５は、メタンガス、軽油等の燃料ライン４０及び空
気、酸素等を供給する酸素含有ガスライン３５に接続さ
れている。

【００２０】ガス化部３において、石炭バーナ９、１０
は、各々石炭に代表される微粉状炭素質固体原料を供給
する原料供給ライン２５、２６と酸素、空気、水蒸気等
の酸化剤を供給する酸化剤供給ライン２７、２８に接続
され、各原料及び酸化剤は石炭バーナ９、１０から投入
される。石炭バーナ９、１０に接続されている原料供給
ライン２５、２６及び酸化剤供給ライン２７、２８の上
流側のライン系統及び使用機器は、従来の石炭ガス化装
置で説明した図５に示したものと同じであるので説明を
省略する。ガス化部３は前記微粉状炭素質固体原料の灰
の溶融点以上の温度に保持されているので、該固体原料
の可燃分は水素（Ｈ₂）及び一酸化炭素（ＣＯ）に富む
生成ガス２２に、該固体原料の灰分は溶融スラグ８に変
化する。生成ガス２２はガス化部３上方の熱回収部５に
流入する。溶融スラグ８はガス化部３の底部炉床板に位
置するスラグタツプ６から下方のスラグ冷却部４に落下
する。

【００２１】熱回収部５においては、ガス化部３で発生
した生成ガス２２は主に輻射伝熱によって冷却され生成
ガスライン２３を経てサイクロン等の脱塵器２４に至る
（図１）。

【００２２】スラグ冷却部４においては、ガス化部３と
同様に、可燃性のガスが充満し、一部ではあるが未燃の
チヤーも存在している。故に、スラグ冷却部４内に、前
記酸化剤を含むガスを供給する手段を設けたことによ
り、スラグ冷却部４の内部において可燃性のガス及び未
燃のチヤーは酸化剤を含むガスの酸化剤と燃焼反応し、
温度が約３００℃以上になるので可燃性ガスから煤は生
じないし、チヤーも黒い粒子にならない。従って、監視
窓の視野が狭くならないし監視窓が不明瞭にならない。

【００２３】酸化剤を含むガスを供給する手段は、監視
手段における酸素ガスを含むパージガスを供給するパー
ジガス供給手段Ａ１２及びＢ１７であることにより、ス
ラグ冷却部４に注入されたパージガス中の酸素ガスは、
雰囲気中の可燃性ガスのＣラジカル、Ｃ２ラジカル等の
燃焼中間生成物と反応するので煤を発生せず、又、パー
ジガス噴出口近傍３１、３２に付着して監視窓の視野を
狭くしたり、或いは監視窓に付着して監視窓を不明瞭に
すると云うことがない。又、パージガスとして酸素ガス
を含む窒素ガスを用いた場合にも、監視手段のパージガ
ス噴出口近傍３１、３２で未燃のチヤーが消化して黒い
粒子になったり、なお一層監視窓の視野が狭くなったり
監視窓が不明瞭になったりすることはない。更に、監視
窓の視野が狭くならないようにパージガスを多く注入す
る必要がないので、ガス化部３の下部、特にスラグタツ
プ６が冷却されず、スラグタツプ６を加熱する加熱用バ
ーナ１５の燃料供給量を増加させる必要もないので、燃
焼生成物が多くならない。従って、石炭ガス化装置１の
生成ガス２２の発熱量を低下させると云った問題もな
い。

【００２４】発明者等の実験によれば、パージガス中の
酸素ガス濃度は約２％以上の時に監視窓に煤が観察出来
なかった。又、１０％を超えると雰囲気中の可燃性ガス
とパージガス中の酸素ガスとが激しく反応し、監視機器
Ａ１４、Ｂ１９の温度が上昇した。これはパージガス中
の酸素ガス濃度が２〜１０％の範囲で比較的緩慢な燃焼
が生じるためと推定される。従って、パージガス中の酸
素ガス濃度は２〜１０％の範囲が望ましい。

【００２５】図３は、本発明に係る別の石炭ガス化装置
の説明図で、図２に相当する要部拡大断面図である。本
実施例は、図２に示す実施例において監視手段のパージ
ガス供給手段Ａ１２或いはＢ１７の上流側に各々可燃ガ
ス供給手段Ａ１３或いはＢ１８を設けたものである。可
燃ガス供給手段Ａ１３或いはＢ１８を各々パージガス供
給手段Ａ１２或いはＢ１７の上流側に設けることによ
り、可燃ガスと酸素ガスを含むパージガスとは下流側で
接触し燃焼することになるので、監視機器Ａ１４である
イメージフアイバ、監視機器Ｂ１９である火炎検出器或
いは監視のための窓等は高温にならず保護され、監視機
器Ａ１４、Ｂ１９は誤動作しない。監視機器Ｂ１９とし
てイメージフアイバを用いる場合には、イメージフアイ
バ自身の耐熱性がないため、イメージフアイバそのもの
は低温のガスで冷却する必要があり、同様に、監視手段
の監視のための窓には耐圧、耐熱性のガラスが使用され
るが、出来る限り低温の方が好ましいので、上記の様に
可燃ガス供給手段Ａ１３或いはＢ１８をパージガス供給
手段Ａ１２或いはＢ１７の上流側に設けたのである。
又、監視手段Ａ１１、Ｂ１６で使用されるパージガス、
リサイクルガス等は常温である。図２の場合と同じよう
に、石炭バーナ９、１０に接続されている原料供給ライ
ン２５、２６及び酸化剤供給ライン２７、２８の上流側
のライン系統は、従来の石炭ガス化装置の説明図である
図５の系統図と同じであるので説明を省略する。図３の
実施例においても、石炭バーナ９、１０に接続されてい
る原料供給ライン２５、２６及び酸化剤供給ライン２
７、２８の上流側のライン系統及び使用機器は、従来の
石炭ガス化装置で説明した図５に示したものと同じであ
るので説明を省略する。

【００２６】尚、上記各実施例では、酸化剤を含むガス
を供給する手段をパージガス供給手段１２、１７部分に
設けた場合を示したが、この構造に限定されない。スラ
グ冷却部４内のスラグタツプ６の下部近傍に酸化剤を含
むガスを供給する手段をパージガス供給手段１２、１７
とは別個に設けてもよい。

【００２７】

【発明の効果】本願第１発明によれば、スラグ冷却部は
酸化剤を含むガスを供給する手段を備えたものであるか
ら、スラグ冷却部は煤や黒い粒子が発生せず、監視手段
の監視窓の視野を狭くしたり監視窓を不明瞭にしたりす
ることがない。

【００２８】本願第２発明によれば、監視手段における
酸素ガスを含むパージガスを供給するパージガス供給手
段であって、このパージガスの酸素ガス濃度は２〜１０
％であるから、監視手段のパージガス噴出口近傍で煤や
黒い粒子が発生せず、監視手段の監視窓の視野を狭くし
たり監視窓を不明瞭にしたりすることがない。しかも燃
焼反応は過激でないので監視機器の温度はあまり上がら
ずに保護され、監視機器の誤動作もない。又、スラグ冷
却部は過度に冷却されないので、スラグタツプを加熱す
るバーナの余分の燃料供給をすることもなく、燃焼生成
物は少なく石炭ガス化装置の生成ガスの発熱量を低下さ
せない。

【００２９】本願第３発明によれば、パージガス供給手
段の上流に、可燃ガス供給手段が備えられているので、
可燃ガスはパージガスと良く混合し、パージガス噴出口
近傍で直に燃焼反応するので、本願第２発明の効果に加
え、可燃ガスの供給量に相当する分のパージガス量を減
らすことが出来る。又、監視機器又は監視のための窓は
高温にならず保護され、監視機器は誤動作しない。

【００３０】本願第４発明によれば、パージガス供給手
段は窒素ガスを主体とするパージガスを供給する手段で
あり、可燃ガス供給手段は石炭ガス化装置において生成
する生成ガスをリサイクルしたリサイクルガスを供給す
る手段であるので、本願第２発明又は第３発明の効果に
加え、パージガス及び可燃ガスとして特別のガスを用意
する必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る石炭ガス化装置の説明図で、本体
を中心とした断面図である。

【図２】図１における要部拡大断面図である。

【図３】本発明に係る別の石炭ガス化装置の説明図で、
図２に相当する要部拡大断面図である。

【図４】従来の石炭ガス化装置の説明図で、本体を中心
とした断面図である。

【図５】従来の石炭ガス化装置の説明図で、図４におけ
る石炭バーナへの原料供給ライン及び酸化剤供給ライン
の上流側の系統図である。

【符号の説明】

１ 石炭ガス化装置 ３ ガス化部 ４ スラグ冷却部 ６ スラグタツプ ８ 溶融スラグ １１ 監視手段Ａ １２ パージガス供給手段Ａ １３ 可燃ガス供給手段Ａ １４ 監視機器Ａ １５ 加熱用バーナ １６ 監視手段Ｂ １７ パージガス供給手段Ｂ １８ 可燃ガス供給手段Ｂ １９ 監視機器Ｂ ２２ 生成ガス ２９、３０ パージガスライン ３３、３４ 酸素ガスライン ３６、３７ 可燃ガスライン ３８、３９ リサイクルガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山 俊太郎 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小泉 義博 千葉県袖ヶ浦市中袖３−１ 石炭利用水素 製造研究組合 運転研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス化部と該ガス化部の隣接下部に位置
   するスラグ冷却部とを有し、該スラグ冷却部はスラグ流
   下状況を監視する監視手段及び加熱用バーナの燃焼状況
   を監視する監視手段とを有する気流層方式の石炭ガス化
   装置において、前記スラグ冷却部は酸化剤を含むガスを
   供給する手段を備えたことを特徴とする石炭ガス化装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１において、酸化剤を含むガスを
   供給する手段は、前記監視手段における酸素ガスを含む
   パージガスを供給するパージガス供給手段であって、前
   記パージガスの酸素ガス濃度は２〜１０％であることを
   特徴とする石炭ガス化装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、パージガス供給手段
   の上流に、可燃ガス供給手段が備えられていることを特
   徴とする石炭ガス化装置。
4. 【請求項４】 請求項２又は３において、パージガス供
   給手段は窒素ガスを主体とするパージガスを供給する手
   段であり、可燃ガス供給手段は該石炭ガス化装置におい
   て生成する生成ガスをリサイクルしたリサイクルガスを
   供給する手段であることを特徴とする石炭ガス化装置。