JPH08104882A - 噴流層石炭ガス化炉及び石炭ガス化方法 - Google Patents
噴流層石炭ガス化炉及び石炭ガス化方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】負荷量が変化した場合でも、安定した組成の可
燃性ガスを生成する。 【構成】噴流層石炭ガス化炉の上下段にバーナを設け、
生成ガスの温度を上段で低く下段で高くする。そして、
負荷変動が変動しても熱損失割合が一定になるように、
反応領域の大きさを負荷量に合わせて変化させる。 【効果】負荷が変動しても、熱損失割合を一定にでき、
生成ガスの組成変動を少なくできるので、石炭ガス化発
電システムの効率を一定に保てる。
燃性ガスを生成する。 【構成】噴流層石炭ガス化炉の上下段にバーナを設け、
生成ガスの温度を上段で低く下段で高くする。そして、
負荷変動が変動しても熱損失割合が一定になるように、
反応領域の大きさを負荷量に合わせて変化させる。 【効果】負荷が変動しても、熱損失割合を一定にでき、
生成ガスの組成変動を少なくできるので、石炭ガス化発
電システムの効率を一定に保てる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、噴流層石炭ガス化炉及
び石炭ガス化方法に係る。更に、噴流層石炭ガス化炉を
備えた燃料電池発電システム及び複合発電システムに係
る。
び石炭ガス化方法に係る。更に、噴流層石炭ガス化炉を
備えた燃料電池発電システム及び複合発電システムに係
る。
【０００２】本発明は、特に、発電の指令に応じて発電
プラント全体の負荷を変動した場合に於ても、ガスター
ビン，燃料電池などの発電機器が安定した性能を維持す
るために、一定した組成の可燃性ガスを生成できるよう
にした噴流層石炭ガス化炉及び石炭ガス化方法に関す
る。
プラント全体の負荷を変動した場合に於ても、ガスター
ビン，燃料電池などの発電機器が安定した性能を維持す
るために、一定した組成の可燃性ガスを生成できるよう
にした噴流層石炭ガス化炉及び石炭ガス化方法に関す
る。
【０００３】
【従来の技術】石炭ガス化炉は、石炭を酸化剤である酸
素或いは空気と高温で接触させることにより、水素，一
酸化炭素，メタンなどで構成された可燃性ガスを生成す
る装置である。各種の石炭ガス化炉の中で、噴流層石炭
ガス化炉は、石炭と酸化剤の反応を速やかに完結させて
石炭のガス化効率を向上させ、同時に石炭中に含まれる
灰分を溶融させて処理し石炭灰中に含まれる有害な金属
を封じ込めることができることから、環境性に優れた反
応炉型式である。
素或いは空気と高温で接触させることにより、水素，一
酸化炭素，メタンなどで構成された可燃性ガスを生成す
る装置である。各種の石炭ガス化炉の中で、噴流層石炭
ガス化炉は、石炭と酸化剤の反応を速やかに完結させて
石炭のガス化効率を向上させ、同時に石炭中に含まれる
灰分を溶融させて処理し石炭灰中に含まれる有害な金属
を封じ込めることができることから、環境性に優れた反
応炉型式である。
【０００４】石炭ガス化炉では、負荷すなわち石炭処理
量を変化させると、これによる熱損失が変化する。これ
は同一の炉では負荷を減少させても炉内の断面積は一定
であり熱吸収量は変化しないが、処理量の減少により発
生熱量が減るので相対的に熱損失の割合が大きくなるた
めであり、熱損失割合の変化により生成ガスの組成，発
熱量も変化する。生成ガスの組成，発熱量等の特性の変
化は、ガスタービンに於ては安定した燃焼が得られない
し、燃料電池に於ては安定した性能が得られないので、
システム全体の運用性，効率の低下及び信頼性の低下を
引き起こす。また生成ガスの組成が一定しないことによ
り安定な状態に落ち着くまでに時間がかかり負荷追従性
にも問題がある。
量を変化させると、これによる熱損失が変化する。これ
は同一の炉では負荷を減少させても炉内の断面積は一定
であり熱吸収量は変化しないが、処理量の減少により発
生熱量が減るので相対的に熱損失の割合が大きくなるた
めであり、熱損失割合の変化により生成ガスの組成，発
熱量も変化する。生成ガスの組成，発熱量等の特性の変
化は、ガスタービンに於ては安定した燃焼が得られない
し、燃料電池に於ては安定した性能が得られないので、
システム全体の運用性，効率の低下及び信頼性の低下を
引き起こす。また生成ガスの組成が一定しないことによ
り安定な状態に落ち着くまでに時間がかかり負荷追従性
にも問題がある。
【０００５】これらの問題に着目し、特開昭59−172589
号公報において、噴流層ガス化炉の上段バーナに供給す
る酸素量の石炭供給量に対する比を石炭灰の溶融温度を
超えない値に設定し、下段バーナへ供給する酸素量の石
炭供給量に対する比を上段バーナのそれよりも大きく設
定して石炭灰の溶融温度を超えるようにした石炭ガス化
方法が提案された。また、特開昭63−297736号公報にお
いて、噴流層ガス化炉の上段と下段に石炭を１：１の割
合で供給し、下段の酸化剤量／石炭量比を石炭の溶融点
以上の温度を維持できる値で一定にし、上段の酸化剤量
／石炭量比を上段付近の温度が石炭の溶融点を超えるこ
とがない範囲内で調節して、負荷変動に対応するように
した石炭ガス化方法が提案された。更に、特開平4−342
832 号公報において、石炭ガス化により発生したガスと
液体燃料を混合することにより異常時への対応を図る方
法が提案された。
号公報において、噴流層ガス化炉の上段バーナに供給す
る酸素量の石炭供給量に対する比を石炭灰の溶融温度を
超えない値に設定し、下段バーナへ供給する酸素量の石
炭供給量に対する比を上段バーナのそれよりも大きく設
定して石炭灰の溶融温度を超えるようにした石炭ガス化
方法が提案された。また、特開昭63−297736号公報にお
いて、噴流層ガス化炉の上段と下段に石炭を１：１の割
合で供給し、下段の酸化剤量／石炭量比を石炭の溶融点
以上の温度を維持できる値で一定にし、上段の酸化剤量
／石炭量比を上段付近の温度が石炭の溶融点を超えるこ
とがない範囲内で調節して、負荷変動に対応するように
した石炭ガス化方法が提案された。更に、特開平4−342
832 号公報において、石炭ガス化により発生したガスと
液体燃料を混合することにより異常時への対応を図る方
法が提案された。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】特開昭59−172589号公
報及び特開昭63−297736号公報に記載された噴流層ガス
化方法は、いずれも負荷変動に対応するために有効では
あるが、熱損失まで考慮していないので、負荷変動に適
切に対応させるにはまだ問題がある。
報及び特開昭63−297736号公報に記載された噴流層ガス
化方法は、いずれも負荷変動に対応するために有効では
あるが、熱損失まで考慮していないので、負荷変動に適
切に対応させるにはまだ問題がある。
【０００７】特開平4−342832 号公報に記載された方法
は、補助施設が必要になり、装置が複雑化する。
は、補助施設が必要になり、装置が複雑化する。
【０００８】本発明の第１の目的は、石炭ガス化炉内で
の熱損失を制御することにより、負荷変動に適切に対応
させることができるようにした噴流層石炭ガス化炉を提
供することにある。
の熱損失を制御することにより、負荷変動に適切に対応
させることができるようにした噴流層石炭ガス化炉を提
供することにある。
【０００９】本発明の第２の目的は、液体燃料貯蔵装置
のような大がかりな補助施設を要することなく、ガス化
炉内での熱損失を制御することで負荷変動に適切に対応
させることができるようにした噴流層石炭ガス化炉を提
供することにある。
のような大がかりな補助施設を要することなく、ガス化
炉内での熱損失を制御することで負荷変動に適切に対応
させることができるようにした噴流層石炭ガス化炉を提
供することにある。
【００１０】本発明の第３の目的は、前記第１の目的を
達成するための噴流層石炭ガス化方法を提供することに
ある。
達成するための噴流層石炭ガス化方法を提供することに
ある。
【００１１】本発明の第４の目的は、前記第２の目的を
達成するための噴流層石炭ガス化方法を提供することに
ある。
達成するための噴流層石炭ガス化方法を提供することに
ある。
【００１２】本発明の第５の目的は、前記第１及び第２
の目的を達成する噴流層石炭ガス化炉を備えた発電シス
テムを提供することにある。
の目的を達成する噴流層石炭ガス化炉を備えた発電シス
テムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の前記第１及び第
２の目的は、ガス化室内の上段と下段の２系列に石炭と
酸化剤を噴出して可燃性ガスを生成させるバーナを備
え、前記ガス化室の上部に断面積を減少させた生成ガス
排出口を備え、下部に断面積を減少させたスラグ排出口
を備え、前記上段バーナに供給する石炭及び酸化剤の割
合を石炭灰の溶融温度を超えない値に設定し前記下段バ
ーナに供給する石炭及び酸化剤の割合を石炭灰の溶融温
度を超える値に設定する石炭・酸化剤量制御手段を備え
た噴流層石炭ガス化炉において、前記上段バーナによっ
て形成される上段反応領域と前記下段バーナによって形
成される下段反応領域の割合を負荷量に応じて変化させ
負荷量が大になるにつれて下段反応領域の割合を大きく
する反応領域制御手段を備えたことを特徴とする噴流層
石炭ガス化炉によって達成される。
２の目的は、ガス化室内の上段と下段の２系列に石炭と
酸化剤を噴出して可燃性ガスを生成させるバーナを備
え、前記ガス化室の上部に断面積を減少させた生成ガス
排出口を備え、下部に断面積を減少させたスラグ排出口
を備え、前記上段バーナに供給する石炭及び酸化剤の割
合を石炭灰の溶融温度を超えない値に設定し前記下段バ
ーナに供給する石炭及び酸化剤の割合を石炭灰の溶融温
度を超える値に設定する石炭・酸化剤量制御手段を備え
た噴流層石炭ガス化炉において、前記上段バーナによっ
て形成される上段反応領域と前記下段バーナによって形
成される下段反応領域の割合を負荷量に応じて変化させ
負荷量が大になるにつれて下段反応領域の割合を大きく
する反応領域制御手段を備えたことを特徴とする噴流層
石炭ガス化炉によって達成される。
【００１４】また、ガス化室内の上段と下段の２系列に
石炭と酸化剤を噴出して可燃性ガスを生成させるバーナ
を備え、該上下段バーナをガス化室の接線方向にそれぞ
れ複数個設けて生成ガスの旋回流が形成されるように
し、前記ガス化室の上部に断面積を減少させた生成ガス
排出口を備え、下部に断面積を減少させたスラグ排出口
を備え、前記上段バーナに供給する石炭及び酸化剤の割
合を石炭灰の溶融温度を超えない値に設定し前記下段バ
ーナに供給する石炭及び酸化剤の割合を石炭灰の溶融温
度を超える値に設定する石炭・酸化剤量制御手段を備え
た噴流層石炭ガス化炉において、前記上段バーナによっ
て形成される上段反応領域と前記下段バーナによって形
成される下段反応領域の割合を負荷量に応じて変化させ
負荷量が大になるにつれて下段反応領域の割合を大きく
する反応領域制御手段を備えたことを特徴とする噴流層
石炭ガス化炉によって達成される。
石炭と酸化剤を噴出して可燃性ガスを生成させるバーナ
を備え、該上下段バーナをガス化室の接線方向にそれぞ
れ複数個設けて生成ガスの旋回流が形成されるように
し、前記ガス化室の上部に断面積を減少させた生成ガス
排出口を備え、下部に断面積を減少させたスラグ排出口
を備え、前記上段バーナに供給する石炭及び酸化剤の割
合を石炭灰の溶融温度を超えない値に設定し前記下段バ
ーナに供給する石炭及び酸化剤の割合を石炭灰の溶融温
度を超える値に設定する石炭・酸化剤量制御手段を備え
た噴流層石炭ガス化炉において、前記上段バーナによっ
て形成される上段反応領域と前記下段バーナによって形
成される下段反応領域の割合を負荷量に応じて変化させ
負荷量が大になるにつれて下段反応領域の割合を大きく
する反応領域制御手段を備えたことを特徴とする噴流層
石炭ガス化炉によって達成される。
【００１５】反応領域制御手段としては、例えば、下記
（イ)〜(ニ）の手段を適用することができる。
（イ)〜(ニ）の手段を適用することができる。
【００１６】（イ）上下段バーナによる旋回力の比を負
荷量に応じて変化させ、負荷量が大になるにつれて下段
バーナによる旋回力を強める手段。
荷量に応じて変化させ、負荷量が大になるにつれて下段
バーナによる旋回力を強める手段。
【００１７】（ロ）上下段バーナに供給する石炭の比率
を負荷量に応じて変化させ、負荷量が大になるにつれて
下段バーナに供給する石炭の比率を高める手段。
を負荷量に応じて変化させ、負荷量が大になるにつれて
下段バーナに供給する石炭の比率を高める手段。
【００１８】（ハ）上下段バーナに供給する石炭及び酸
化剤の噴出速度の比を負荷量に応じて変化させ、負荷量
が大になるにつれて下段バーナに供給する石炭及び酸化
剤の噴出速度の比を高める手段。
化剤の噴出速度の比を負荷量に応じて変化させ、負荷量
が大になるにつれて下段バーナに供給する石炭及び酸化
剤の噴出速度の比を高める手段。
【００１９】（ニ）負荷量の増大につれて下段バーナに
供給する石炭の比率を高め、上段バーナに供給する石炭
の比率を低くし、酸化剤重量／石炭重量の比を上段バー
ナは一定にし、下段バーナは負荷量の増大に伴い低くし
て、全体としては該比を一定に保つ手段。
供給する石炭の比率を高め、上段バーナに供給する石炭
の比率を低くし、酸化剤重量／石炭重量の比を上段バー
ナは一定にし、下段バーナは負荷量の増大に伴い低くし
て、全体としては該比を一定に保つ手段。
【００２０】また、上記（イ)〜(ニ）に代えて、或いは
（イ)〜(ニ）と並行して下記（ホ),（ヘ）の手段を適用
することもできる。
（イ)〜(ニ）と並行して下記（ホ),（ヘ）の手段を適用
することもできる。
【００２１】（ホ）下段バーナの近傍にスチームノズル
を備え、該スチームノズルへのスチーム供給量を負荷量
に応じて変化させ、負荷量が大になるにつれてスチーム
供給量を多くする手段。この場合には、スチームノズル
を設置する必要があるが、本発明の第１の目的を達成す
ることができる。
を備え、該スチームノズルへのスチーム供給量を負荷量
に応じて変化させ、負荷量が大になるにつれてスチーム
供給量を多くする手段。この場合には、スチームノズル
を設置する必要があるが、本発明の第１の目的を達成す
ることができる。
【００２２】（ヘ）下段バーナの近傍に空気ノズルを備
え、この空気ノズルへの空気供給量を負荷量に応じて変
化させ、負荷量が大になるにつれて空気供給量を多くす
る手段。この場合にも、本発明の第１の目的を達成する
ことができる。 本発明の第３及び第４の目的は、上部に断面積を減少さ
せた生成ガス排出口を備え、下部に断面積を減少させた
スラグ排出口を備えたガス化炉内の上段と下段の２系列
から石炭と酸化剤を噴出し、上段バーナの酸化剤重量／
石炭重量の比を石炭灰の溶融温度を超えないように設定
し、下段バーナの酸化剤重量／石炭重量の比を石炭灰の
溶融温度を超えるように設定して反応させ可燃性ガスを
生成させるようにした噴流層石炭ガス化方法において、
前記上段バーナによって形成される上段反応領域と前記
下段バーナによって形成される下段反応領域との割合を
負荷量に応じて変化させ負荷量が大になるにつれて下段
反応領域の割合を大きくすることを特徴とする噴流層石
炭ガス化方法によって達成できる。
え、この空気ノズルへの空気供給量を負荷量に応じて変
化させ、負荷量が大になるにつれて空気供給量を多くす
る手段。この場合にも、本発明の第１の目的を達成する
ことができる。 本発明の第３及び第４の目的は、上部に断面積を減少さ
せた生成ガス排出口を備え、下部に断面積を減少させた
スラグ排出口を備えたガス化炉内の上段と下段の２系列
から石炭と酸化剤を噴出し、上段バーナの酸化剤重量／
石炭重量の比を石炭灰の溶融温度を超えないように設定
し、下段バーナの酸化剤重量／石炭重量の比を石炭灰の
溶融温度を超えるように設定して反応させ可燃性ガスを
生成させるようにした噴流層石炭ガス化方法において、
前記上段バーナによって形成される上段反応領域と前記
下段バーナによって形成される下段反応領域との割合を
負荷量に応じて変化させ負荷量が大になるにつれて下段
反応領域の割合を大きくすることを特徴とする噴流層石
炭ガス化方法によって達成できる。
【００２３】また、上部に断面積を減少させた生成ガス
排出口を備え、下部に断面積を減少させたスラグ排出口
を備えたガス化炉内の上段と下段の２系列から石炭と酸
化剤を旋回流で噴出させ、上段バーナの酸化剤重量／石
炭重量の比を石炭灰の溶融温度を超えない値に設定し、
下段バーナの酸化剤重量／石炭重量の比を石炭灰の溶融
温度を超える値に設定して反応させ可燃性ガスを生成さ
せるようにした噴流層石炭ガス化方法において、前記上
段バーナによる旋回力と前記下段バーナによる旋回力の
比を負荷量に応じて変化させ負荷量が大になるにつれて
前記下段バーナによる旋回力を強めて該下段バーナによ
って形成される下段反応領域の割合を大きくすることを
特徴とする噴流層石炭ガス化方法によって達成すること
ができる。
排出口を備え、下部に断面積を減少させたスラグ排出口
を備えたガス化炉内の上段と下段の２系列から石炭と酸
化剤を旋回流で噴出させ、上段バーナの酸化剤重量／石
炭重量の比を石炭灰の溶融温度を超えない値に設定し、
下段バーナの酸化剤重量／石炭重量の比を石炭灰の溶融
温度を超える値に設定して反応させ可燃性ガスを生成さ
せるようにした噴流層石炭ガス化方法において、前記上
段バーナによる旋回力と前記下段バーナによる旋回力の
比を負荷量に応じて変化させ負荷量が大になるにつれて
前記下段バーナによる旋回力を強めて該下段バーナによ
って形成される下段反応領域の割合を大きくすることを
特徴とする噴流層石炭ガス化方法によって達成すること
ができる。
【００２４】上下段反応領域の大きさを負荷量に応じて
変化させるために、前記(イ)〜(ニ)に記載したように、
旋回力の比或いは石炭の比或いは石炭と酸化剤の噴出速
度の比等を調節する方法を適用することができる。
変化させるために、前記(イ)〜(ニ)に記載したように、
旋回力の比或いは石炭の比或いは石炭と酸化剤の噴出速
度の比等を調節する方法を適用することができる。
【００２５】また、下段バーナの近傍にスチームノズル
を備え、該スチームノズルへのスチーム供給量を負荷量
に応じて変化させ、負荷量が大になるにつれてスチーム
供給量を多くする前記（ホ）に記載した方法を適用する
こともできる。
を備え、該スチームノズルへのスチーム供給量を負荷量
に応じて変化させ、負荷量が大になるにつれてスチーム
供給量を多くする前記（ホ）に記載した方法を適用する
こともできる。
【００２６】また、スチームノズルの代わりに、空気ノ
ズルを備え、前記（ヘ）に記載したように、空気供給量
を負荷量に応じて変化させ、負荷量が大になるにつれて
空気供給量を多くしてもよい。
ズルを備え、前記（ヘ）に記載したように、空気供給量
を負荷量に応じて変化させ、負荷量が大になるにつれて
空気供給量を多くしてもよい。
【００２７】これらの（ホ）と（ヘ）の場合でも、本発
明の第４の目的を達成することができる。
明の第４の目的を達成することができる。
【００２８】本発明の第５の目的は、石炭ガス化炉と、
該ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として発電する
燃料電池発電装置とを具備した発電システムにおいて、
前記石炭ガス化炉として請求項１ないし１０の何れかに
記載の噴流層ガス化炉を備えたことを特徴とする石炭ガ
ス化燃料電池発電システムによって達成される。或い
は、石炭ガス化炉と、該ガス化炉で生成した可燃性ガス
をガスタービンで燃焼し熱エネルギーでスチームタービ
ンを駆動して発電する複合発電装置を備えた石炭ガス化
複合発電システムにおいて、前記石炭ガス化炉として請
求項１ないし１０の何れかに記載の噴流層ガス化炉を備
えたことを特徴とする石炭ガス化複合発電システムによ
って達成される。
該ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として発電する
燃料電池発電装置とを具備した発電システムにおいて、
前記石炭ガス化炉として請求項１ないし１０の何れかに
記載の噴流層ガス化炉を備えたことを特徴とする石炭ガ
ス化燃料電池発電システムによって達成される。或い
は、石炭ガス化炉と、該ガス化炉で生成した可燃性ガス
をガスタービンで燃焼し熱エネルギーでスチームタービ
ンを駆動して発電する複合発電装置を備えた石炭ガス化
複合発電システムにおいて、前記石炭ガス化炉として請
求項１ないし１０の何れかに記載の噴流層ガス化炉を備
えたことを特徴とする石炭ガス化複合発電システムによ
って達成される。
【００２９】本発明において共通している点は、石炭ガ
ス化炉内で熱損失を積極的に制御することにより、生成
ガスの発熱量を一定とすることにある。噴流層石炭ガス
化方法では、炉壁と反応部との間に石炭による断熱層が
形成される。この断熱層を負荷に応じて増減し、炉壁か
ら逃げる熱量を制御し、常に一定の熱損失にすることで
生成ガスの発熱量を一定にするものである。
ス化炉内で熱損失を積極的に制御することにより、生成
ガスの発熱量を一定とすることにある。噴流層石炭ガス
化方法では、炉壁と反応部との間に石炭による断熱層が
形成される。この断熱層を負荷に応じて増減し、炉壁か
ら逃げる熱量を制御し、常に一定の熱損失にすることで
生成ガスの発熱量を一定にするものである。
【００３０】
【作用】石炭の主なガス化反応は、以下の反応式で示さ
れる。
れる。
【００３１】 石炭 →揮発分(ＣＨ4，ＣＯ，Ｈ2等)＋チャー（Ｃ)…（１） チャー(Ｃ)＋Ｈ2Ｏ →ＣＯ＋Ｈ2 …（２） チャー(Ｃ)＋ＣＯ2 →２ＣＯ …（３） (石炭，チャー)＋Ｏ2→ＣＯ＋ＣＯ2 …（４） この内、(１)，(２)、及び（３）式は吸熱反応、（４）
式は発熱反応である。一般的には、最初に（１）式の反
応で揮発分が生成し、チャーを発生させると同時に揮発
分が燃焼して雰囲気の温度が上昇する。また、ほぼ同時
に（４）式の反応で石炭と酸素とが直接反応し、やはり
雰囲気の温度が上昇すると同時にＣＯ，ＣＯ2が発生す
る。揮発分の燃焼で生じたＨ2Ｏ，ＣＯ2は、高温雰囲気
下で(２)，（３）式で示されるようにチャーと反応して
可燃性のガスであるＨ2 及びＣＯを生成する。噴流層ガ
ス化炉においては、反応の段階で石炭中の灰分を溶融す
るのに十分な温度にし、石炭中に含まれる灰を溶融させ
て液体状のスラグとして取り出しガラス状にして有害金
属を封じ込めて炉より排出する。
式は発熱反応である。一般的には、最初に（１）式の反
応で揮発分が生成し、チャーを発生させると同時に揮発
分が燃焼して雰囲気の温度が上昇する。また、ほぼ同時
に（４）式の反応で石炭と酸素とが直接反応し、やはり
雰囲気の温度が上昇すると同時にＣＯ，ＣＯ2が発生す
る。揮発分の燃焼で生じたＨ2Ｏ，ＣＯ2は、高温雰囲気
下で(２)，（３）式で示されるようにチャーと反応して
可燃性のガスであるＨ2 及びＣＯを生成する。噴流層ガ
ス化炉においては、反応の段階で石炭中の灰分を溶融す
るのに十分な温度にし、石炭中に含まれる灰を溶融させ
て液体状のスラグとして取り出しガラス状にして有害金
属を封じ込めて炉より排出する。
【００３２】噴流層ガス化炉における二段ガス化方式で
は、石炭ガス化炉の上段より石炭と少量の酸化剤，下段
より石炭と大量の酸化剤を供給する。そして、下段では
スラグが溶融するのに十分な温度を保ち、上段では石炭
中の灰分を溶融させない温度を保ってガス化反応を行わ
せる。これにより十分なガス化反応が行われ、しかも炉
上部での灰分の炉壁固着を抑制できるので、灰のハンド
リングと高効率とを両立させることができる。
は、石炭ガス化炉の上段より石炭と少量の酸化剤，下段
より石炭と大量の酸化剤を供給する。そして、下段では
スラグが溶融するのに十分な温度を保ち、上段では石炭
中の灰分を溶融させない温度を保ってガス化反応を行わ
せる。これにより十分なガス化反応が行われ、しかも炉
上部での灰分の炉壁固着を抑制できるので、灰のハンド
リングと高効率とを両立させることができる。
【００３３】この二段ガス化方式では、熱損失は、上下
段のそれぞれの反応段階で決定される。両者とも発熱が
起こる領域の炉内温度と表面温度及び表面積によって熱
損失が決まるが、両者の反応段階が接触する面積の割合
を変化させれば、熱損失割合を一定にすることができ
る。すなわち熱損失は概略的には次式によって決定され
る。
段のそれぞれの反応段階で決定される。両者とも発熱が
起こる領域の炉内温度と表面温度及び表面積によって熱
損失が決まるが、両者の反応段階が接触する面積の割合
を変化させれば、熱損失割合を一定にすることができ
る。すなわち熱損失は概略的には次式によって決定され
る。
【００３４】 Ｑ＝ｋ・Ａ(Ｔ4−Ｔｗ4） …（５） ここで、Ｑは吸熱量、Ａは表面積、Ｔは炉内温度、Ｔｗ
は炉内表面温度を表わす。ｋは輻射係数である。温度差
が大きい場合には、吸熱量も多いので発熱反応が起こ
り、ガスの温度が高い下段において熱損失が全体の大部
分を占めることになる。従って、最大負荷状態の場合と
比較して低負荷の場合に、下段の反応領域に対応した伝
熱面積を減少させ熱損失を少なくすれば、一定の熱損失
割合が達成できる。
は炉内表面温度を表わす。ｋは輻射係数である。温度差
が大きい場合には、吸熱量も多いので発熱反応が起こ
り、ガスの温度が高い下段において熱損失が全体の大部
分を占めることになる。従って、最大負荷状態の場合と
比較して低負荷の場合に、下段の反応領域に対応した伝
熱面積を減少させ熱損失を少なくすれば、一定の熱損失
割合が達成できる。
【００３５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１により説明す
る。
る。
【００３６】ガス化炉は、ベッセル５１で囲まれた耐火
壁５０でできた円筒形の炉である。ガス化炉全体は、炉
上部のガス冷却室１１と炉下部のスラグ冷却室１５及び
ガス化室１３とからなっている。ガス化室１３の炉壁に
は、上下２系列に石炭と酸化剤を噴出するバーナが設置
されている。上段バーナ２１及び下段バーナ３１は、い
ずれも旋回流が形成されるように接線方向に設けること
が望ましい。また、バーナの本数もそれぞれ複数本ずつ
設けることが望ましい。上段バーナと下段バーナの旋回
方向は、同一方向にすべきである。ガス化室とガス冷却
室との間は、絞り部１２によって断面積が小さくなって
いる。また、ガス化室とスラグ冷却室との間すなわちス
ラグタップ１４も断面積が小さくなっている。スラグ冷
却室には、スラグ水冷槽１６が設けられている。上段バ
ーナ及び下段バーナには、石炭及び酸化剤が供給され
る。石炭には、細かく粉砕した微粉炭が用いられる。ま
た、酸化剤には、酸素或いは空気が用いられる。この実
施例では酸素を用いている。石炭をバーナまで搬送する
ために、窒素の如き不活性なガスを搬送ガスとして用い
る。図１の符号２２は上段バーナへ供給する酸素を示し
ており、２３は石炭を示している。また、符号３２は下
段バーナへ供給する酸素を示しており、３３は石炭を示
している。上段バーナによって上段反応領域１が形成さ
れ、下段バーナによって下段反応領域２が形成される。
この上下段の反応領域の大きさは、負荷量に応じて変え
られる。なお図１では、上下段の反応境界を模擬的に符
号３で示している。
壁５０でできた円筒形の炉である。ガス化炉全体は、炉
上部のガス冷却室１１と炉下部のスラグ冷却室１５及び
ガス化室１３とからなっている。ガス化室１３の炉壁に
は、上下２系列に石炭と酸化剤を噴出するバーナが設置
されている。上段バーナ２１及び下段バーナ３１は、い
ずれも旋回流が形成されるように接線方向に設けること
が望ましい。また、バーナの本数もそれぞれ複数本ずつ
設けることが望ましい。上段バーナと下段バーナの旋回
方向は、同一方向にすべきである。ガス化室とガス冷却
室との間は、絞り部１２によって断面積が小さくなって
いる。また、ガス化室とスラグ冷却室との間すなわちス
ラグタップ１４も断面積が小さくなっている。スラグ冷
却室には、スラグ水冷槽１６が設けられている。上段バ
ーナ及び下段バーナには、石炭及び酸化剤が供給され
る。石炭には、細かく粉砕した微粉炭が用いられる。ま
た、酸化剤には、酸素或いは空気が用いられる。この実
施例では酸素を用いている。石炭をバーナまで搬送する
ために、窒素の如き不活性なガスを搬送ガスとして用い
る。図１の符号２２は上段バーナへ供給する酸素を示し
ており、２３は石炭を示している。また、符号３２は下
段バーナへ供給する酸素を示しており、３３は石炭を示
している。上段バーナによって上段反応領域１が形成さ
れ、下段バーナによって下段反応領域２が形成される。
この上下段の反応領域の大きさは、負荷量に応じて変え
られる。なお図１では、上下段の反応境界を模擬的に符
号３で示している。
【００３７】上段バーナ２１からは、石炭及び酸化剤
を、その比率が石炭中の灰分が溶融しないように設定し
て供給する。通常、石炭中の灰分の溶融点は１４００℃
近辺或いはそれを若干超える程度であるから、１４００
℃を超えないようにすると良い。また、下段バーナから
は、石炭及び酸化剤を、その比率が石炭中の灰分が溶融
するように設定して供給する。石炭量に対する酸化剤量
の比率を高めることによって、反応領域の温度を高める
ことができる。特開昭59−172589号公報には、上段バー
ナの酸素供給量／石炭供給量の比を０.３６〜０.３８
（kg／kg）にすることによって上段バーナ付近の温度を
１３１０℃にできることが記載され、また、下段バーナ
の酸素供給量／石炭供給量の比を１.２６〜１.２８（kg
／kg）にすることによって下段バーナ付近の温度を１８
８０℃にできることが記載されているが、本発明におい
ても、上段バーナの酸素供給量／石炭供給量の比をこの
ように設定することができる。尚、上下段バーナ全体と
しては、負荷量の変動に関係なく酸素供給量／石炭供給
量の比を常に一定に保つことが望ましい。
を、その比率が石炭中の灰分が溶融しないように設定し
て供給する。通常、石炭中の灰分の溶融点は１４００℃
近辺或いはそれを若干超える程度であるから、１４００
℃を超えないようにすると良い。また、下段バーナから
は、石炭及び酸化剤を、その比率が石炭中の灰分が溶融
するように設定して供給する。石炭量に対する酸化剤量
の比率を高めることによって、反応領域の温度を高める
ことができる。特開昭59−172589号公報には、上段バー
ナの酸素供給量／石炭供給量の比を０.３６〜０.３８
（kg／kg）にすることによって上段バーナ付近の温度を
１３１０℃にできることが記載され、また、下段バーナ
の酸素供給量／石炭供給量の比を１.２６〜１.２８（kg
／kg）にすることによって下段バーナ付近の温度を１８
８０℃にできることが記載されているが、本発明におい
ても、上段バーナの酸素供給量／石炭供給量の比をこの
ように設定することができる。尚、上下段バーナ全体と
しては、負荷量の変動に関係なく酸素供給量／石炭供給
量の比を常に一定に保つことが望ましい。
【００３８】上段バーナの酸素と石炭の比率を灰の溶融
点を超えないように設定することにより、ガス化室内の
上部に灰の融点よりも低温の上段反応領域１が形成さ
れ、この領域の炉壁表面に未燃チャー４が滞留する。ま
た、炉下部には灰の融点よりも高温の下段反応領域２が
形成され、この領域の炉壁表面に溶融スラグ５が付着
し、スラグ冷却室へと流れ落ちる。溶融スラグは、熱伝
導率が高く、すでに溶融が終了しているので、それ自身
には熱を吸収する機能がないので、下段反応領域２では
熱損失が多い。
点を超えないように設定することにより、ガス化室内の
上部に灰の融点よりも低温の上段反応領域１が形成さ
れ、この領域の炉壁表面に未燃チャー４が滞留する。ま
た、炉下部には灰の融点よりも高温の下段反応領域２が
形成され、この領域の炉壁表面に溶融スラグ５が付着
し、スラグ冷却室へと流れ落ちる。溶融スラグは、熱伝
導率が高く、すでに溶融が終了しているので、それ自身
には熱を吸収する機能がないので、下段反応領域２では
熱損失が多い。
【００３９】これに対し、上段反応領域１では、温度が
低いので、炉壁からの熱損失は下段反応領域に較べれば
少ない。また、上段反応領域の熱は最初に未燃チャー４
に伝えられるが、この際に未燃チャーのガス化反応が進
行して吸熱され、この熱が可燃性のガスに変換されるの
で、炉壁からの熱損失とはならない。
低いので、炉壁からの熱損失は下段反応領域に較べれば
少ない。また、上段反応領域の熱は最初に未燃チャー４
に伝えられるが、この際に未燃チャーのガス化反応が進
行して吸熱され、この熱が可燃性のガスに変換されるの
で、炉壁からの熱損失とはならない。
【００４０】次に、この未燃チャー４の滞留領域を変化
させることにより、伝熱面積を変化させる手法について
説明する。同一の炉を使用するので全体の伝熱面積は一
定であるが、熱損失が支配的な下段反応領域２に面した
部分の面積割合を変化させることは可能である。図２に
上段及び下段反応領域の大きさが変化する状況を示す。
横軸には全旋回力に対する下段旋回力の割合を示し、縦
軸には上段反応領域と下段反応領域の境界をそれぞれ無
次元化して示す。旋回力は、バーナ噴出速度と噴出する
質量速度及び旋回円半径の積として求めた。図２から明
らかなように、下段の旋回力を増大させると、下段の反
応領域が増大する。
させることにより、伝熱面積を変化させる手法について
説明する。同一の炉を使用するので全体の伝熱面積は一
定であるが、熱損失が支配的な下段反応領域２に面した
部分の面積割合を変化させることは可能である。図２に
上段及び下段反応領域の大きさが変化する状況を示す。
横軸には全旋回力に対する下段旋回力の割合を示し、縦
軸には上段反応領域と下段反応領域の境界をそれぞれ無
次元化して示す。旋回力は、バーナ噴出速度と噴出する
質量速度及び旋回円半径の積として求めた。図２から明
らかなように、下段の旋回力を増大させると、下段の反
応領域が増大する。
【００４１】図３に、上段バーナと下段バーナに供給す
る石炭の量及び酸素量／石炭量の比を、負荷量に伴って
変えていく状況を示す。上段バーナへ供給する酸素の石
炭量に対する割合は一定とし、上下段バーナ全体の酸素
量に対する石炭量の割合も一定としている。図３の操作
によって生じるガス化炉内の状態変化を図４に示す。負
荷量を最大負荷の１００％，７５％，５０％と変化させ
るにつれて、上段バーナへ供給する石炭量を減少し、下
段バーナへ供給する石炭量を多くしていくと、（ａ)，
(ｂ）及び（ｃ）に示すように上段反応領域が次第に大
きくなり、熱吸収が大きい溶融スラグ５で覆われた下段
反応領域が次第に小さくなる。これにより、炉全体への
熱供給の減少にともない熱の吸収も減少されるので、熱
損失は一定となり、炉の負荷が下がっても生成ガスの組
成は変化しなくなる。なお、本実施例の特有の効果とし
ては、図３に示すように、負荷が減少するにつれて、下
段バーナへ供給する酸素の石炭量に対する割合が増加す
るので、炉下部の燃焼量が増えて温度の低下を防げ、ス
ラグの流下に必要な温度を維持できるという点がある。
る石炭の量及び酸素量／石炭量の比を、負荷量に伴って
変えていく状況を示す。上段バーナへ供給する酸素の石
炭量に対する割合は一定とし、上下段バーナ全体の酸素
量に対する石炭量の割合も一定としている。図３の操作
によって生じるガス化炉内の状態変化を図４に示す。負
荷量を最大負荷の１００％，７５％，５０％と変化させ
るにつれて、上段バーナへ供給する石炭量を減少し、下
段バーナへ供給する石炭量を多くしていくと、（ａ)，
(ｂ）及び（ｃ）に示すように上段反応領域が次第に大
きくなり、熱吸収が大きい溶融スラグ５で覆われた下段
反応領域が次第に小さくなる。これにより、炉全体への
熱供給の減少にともない熱の吸収も減少されるので、熱
損失は一定となり、炉の負荷が下がっても生成ガスの組
成は変化しなくなる。なお、本実施例の特有の効果とし
ては、図３に示すように、負荷が減少するにつれて、下
段バーナへ供給する酸素の石炭量に対する割合が増加す
るので、炉下部の燃焼量が増えて温度の低下を防げ、ス
ラグの流下に必要な温度を維持できるという点がある。
【００４２】図５は、下段バーナの近傍にスチームジェ
ットの供給で旋回力を付加できるスチームノズル４０を
設置した例を示している。
ットの供給で旋回力を付加できるスチームノズル４０を
設置した例を示している。
【００４３】負荷が低い状態では、通常の運転を行う
が、負荷が増大したときにはスチーム４１を供給する。
この操作は、図３の操作と並行して行ってもかまわな
い。これにより図４に示したのと同様の効果が得られ
る。本実施例の特有の効果としては、負荷の増大による
炉下部の異常昇温をスチーム４１の供給により押さえる
と共に、スチーム自体が反応してガス化効率を向上させ
ることができる点にある。
が、負荷が増大したときにはスチーム４１を供給する。
この操作は、図３の操作と並行して行ってもかまわな
い。これにより図４に示したのと同様の効果が得られ
る。本実施例の特有の効果としては、負荷の増大による
炉下部の異常昇温をスチーム４１の供給により押さえる
と共に、スチーム自体が反応してガス化効率を向上させ
ることができる点にある。
【００４４】図５のスチームノズルに変えて空気ノズル
を設置しても良い。これによっても、スチームノズルを
設けた場合と同様に図４に示す効果が得られる。この場
合の特有の効果としては、負荷の増大により、炉下部に
空気が供給されるので、酸素製造に必要な動力を低減で
きる点がある。
を設置しても良い。これによっても、スチームノズルを
設けた場合と同様に図４に示す効果が得られる。この場
合の特有の効果としては、負荷の増大により、炉下部に
空気が供給されるので、酸素製造に必要な動力を低減で
きる点がある。
【００４５】本発明のガス化炉を備えた複合発電システ
ムの例を図６に示す。この発電システムは、石炭ガス化
炉８２，ガスタービン８５，スチームタービン８７，石
炭・酸化剤量制御手段９９，ガス化炉の反応領域制御手
段９１などから構成されている。石炭ガス化炉８２で生
成したガスは、脱塵装置８３及び脱硫装置８４を通過す
ることで生成ガス中のダスト，硫黄分が除去され、ガス
タービン８５で燃焼し発電する。この排ガスが排熱回収
ボイラ８６を通過してスチームを生成しスチームタービ
ン８７で発電する。この実施例では、ガス化炉８２で水
からスチームを生成し、このスチームを排熱回収ボイラ
８６へ送っている。ガスタービン８５のコンプレッサー
で生成した加圧空気８９は、酸素製造装置８１に送られ
て窒素と酸素とに分離され、窒素は石炭ホッパー８０で
の加圧用窒素として使われ、酸素はガス化炉の酸化剤と
して使われる。加圧空気の一部は、ガス化炉の上下段の
反応領域の大きさを変えるために、直接、ガス化炉の下
段バーナ近傍からガス化炉へ供給されることもある。負
荷指令１００に対応して反応領域制御手段９１で上下段
バーナに供給する石炭の量を決定する。その信号を石炭
・酸化剤量制御手段９９へ送り、上段バーナへ供給する
石炭の供給量並びに酸化剤重量／石炭重量の比を決定
し、下段バーナへ供給する石炭の供給量並びに酸化剤重
量／石炭重量の比を決定する。そして、この信号に基づ
いて上段バーナの石炭量調整手段９２及び酸化剤量調整
手段９４をコントロールし、下段バーナの石炭量調整手
段９３及び酸化剤量調整手段９５をコントロールする。
この場合の石炭供給量の算出は次式による。
ムの例を図６に示す。この発電システムは、石炭ガス化
炉８２，ガスタービン８５，スチームタービン８７，石
炭・酸化剤量制御手段９９，ガス化炉の反応領域制御手
段９１などから構成されている。石炭ガス化炉８２で生
成したガスは、脱塵装置８３及び脱硫装置８４を通過す
ることで生成ガス中のダスト，硫黄分が除去され、ガス
タービン８５で燃焼し発電する。この排ガスが排熱回収
ボイラ８６を通過してスチームを生成しスチームタービ
ン８７で発電する。この実施例では、ガス化炉８２で水
からスチームを生成し、このスチームを排熱回収ボイラ
８６へ送っている。ガスタービン８５のコンプレッサー
で生成した加圧空気８９は、酸素製造装置８１に送られ
て窒素と酸素とに分離され、窒素は石炭ホッパー８０で
の加圧用窒素として使われ、酸素はガス化炉の酸化剤と
して使われる。加圧空気の一部は、ガス化炉の上下段の
反応領域の大きさを変えるために、直接、ガス化炉の下
段バーナ近傍からガス化炉へ供給されることもある。負
荷指令１００に対応して反応領域制御手段９１で上下段
バーナに供給する石炭の量を決定する。その信号を石炭
・酸化剤量制御手段９９へ送り、上段バーナへ供給する
石炭の供給量並びに酸化剤重量／石炭重量の比を決定
し、下段バーナへ供給する石炭の供給量並びに酸化剤重
量／石炭重量の比を決定する。そして、この信号に基づ
いて上段バーナの石炭量調整手段９２及び酸化剤量調整
手段９４をコントロールし、下段バーナの石炭量調整手
段９３及び酸化剤量調整手段９５をコントロールする。
この場合の石炭供給量の算出は次式による。
【００４６】 上段石炭供給量＝Ｆ・(全石炭供給量） 下段石炭供給量＝全石炭供給量−上段石炭供給量 ここで関数Ｆは一般に傾きが負の一次式で示され、これ
は図２に示した実験値と実測値の熱バランスから算出さ
れる。この実施例の特有の効果は、ガスタービン８５の
コンプレッサーで生成した加圧空気を用いるので、酸化
剤や加圧用窒素の昇圧のエネルギーが削減でき、システ
ム全体の効率が向上する点である。
は図２に示した実験値と実測値の熱バランスから算出さ
れる。この実施例の特有の効果は、ガスタービン８５の
コンプレッサーで生成した加圧空気を用いるので、酸化
剤や加圧用窒素の昇圧のエネルギーが削減でき、システ
ム全体の効率が向上する点である。
【００４７】図７は、炉壁を冷却水７１によって冷却す
る水例壁とした例である。水冷壁にすることにより、炉
壁は十分に冷やされ、しかも溶融したスラグ５が炉壁の
侵食を防ぐので炉材の信頼性が増し長寿命化できるとい
う効果がある。
る水例壁とした例である。水冷壁にすることにより、炉
壁は十分に冷やされ、しかも溶融したスラグ５が炉壁の
侵食を防ぐので炉材の信頼性が増し長寿命化できるとい
う効果がある。
【００４８】図８は、石炭ガス化燃料電池発電システム
の構成図を示している。石炭ガス化炉８２で生成したガ
スは、脱塵装置８３及び脱硫装置８４を通過することで
生成ガス中のダスト，硫黄分が除去され、燃料電池９０
で発電する。空気は酸素製造装置８１に送られて窒素と
酸素とに分離され、窒素は石炭ホッパー８０での加圧用
窒素として使われ、酸素はガス化炉の酸化剤として使わ
れる。石炭ガス炉の上下段の反応領域の大きさを負荷量
に応じて制御する具体的なやり方は、ここでは図示を省
略したが、図６と同じである。本実施例の特有の効果
は、高効率な発電システムである燃料電池を用いること
でシステム全体の効率が向上できる点である。
の構成図を示している。石炭ガス化炉８２で生成したガ
スは、脱塵装置８３及び脱硫装置８４を通過することで
生成ガス中のダスト，硫黄分が除去され、燃料電池９０
で発電する。空気は酸素製造装置８１に送られて窒素と
酸素とに分離され、窒素は石炭ホッパー８０での加圧用
窒素として使われ、酸素はガス化炉の酸化剤として使わ
れる。石炭ガス炉の上下段の反応領域の大きさを負荷量
に応じて制御する具体的なやり方は、ここでは図示を省
略したが、図６と同じである。本実施例の特有の効果
は、高効率な発電システムである燃料電池を用いること
でシステム全体の効率が向上できる点である。
【００４９】図９は、上段ノズル可動装置９７及び下段
ノズル可動装置９８を設置した点にある。これによりノ
ズル先端の断面積が変化し噴出速度を負荷変化量に合わ
せて変化させ一定のガス組成を得ることができる。本実
施例特有の効果としては、機械的な操作だけで物質の供
給には変化がないので、補助的な装置を必要とせずにシ
ステムを単純化できる点がある。
ノズル可動装置９８を設置した点にある。これによりノ
ズル先端の断面積が変化し噴出速度を負荷変化量に合わ
せて変化させ一定のガス組成を得ることができる。本実
施例特有の効果としては、機械的な操作だけで物質の供
給には変化がないので、補助的な装置を必要とせずにシ
ステムを単純化できる点がある。
【００５０】図１０について説明する。このガス化炉は
旋回流方式ではないので、上段反応領域を形成するため
に、上段バーナ２１は下向きに設置される。下段バーナ
３１は対向方向に設置する。上段バーナ２１より供給す
る石炭量と下段バーナ３１より供給する石炭量の比率を
変化させることにより、上下段の反応領域の大きさを変
化させる。具体的には、全体の負荷量を増大させるにし
たがい、下段バーナの石炭供給量を増加させ、上段バー
ナの石炭供給量を減少させる。本実施例の特有の効果
は、炉内に旋回流を形成しない場合でも、上段及び下段
の反応領域を可変にできることである。
旋回流方式ではないので、上段反応領域を形成するため
に、上段バーナ２１は下向きに設置される。下段バーナ
３１は対向方向に設置する。上段バーナ２１より供給す
る石炭量と下段バーナ３１より供給する石炭量の比率を
変化させることにより、上下段の反応領域の大きさを変
化させる。具体的には、全体の負荷量を増大させるにし
たがい、下段バーナの石炭供給量を増加させ、上段バー
ナの石炭供給量を減少させる。本実施例の特有の効果
は、炉内に旋回流を形成しない場合でも、上段及び下段
の反応領域を可変にできることである。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、負荷が変動しても発熱
量，生成ガス組成の変化を少なくすることができるの
で、石炭ガス化炉を主要機器とするガス化発電システム
の負荷変動時での安定運用が可能である。
量，生成ガス組成の変化を少なくすることができるの
で、石炭ガス化炉を主要機器とするガス化発電システム
の負荷変動時での安定運用が可能である。
【図１】本発明の実施例を示す石炭ガス化炉の縦断面
図。
図。
【図２】上下段反応領域の大きさに及ぼす旋回力の影響
を示すグラフ。
を示すグラフ。
【図３】負荷量と酸素量／石炭量の比並びに石炭量との
関係を示すグラフ。
関係を示すグラフ。
【図４】（ａ)，(ｂ）及び（ｃ）は、負荷量によって上
下段反応領域の大きさが変化する状況を示す説明図。
下段反応領域の大きさが変化する状況を示す説明図。
【図５】本発明の他の実施例を示す石炭ガス化炉の部分
縦断面図。
縦断面図。
【図６】本発明の実施例を示す石炭ガス化複合発電シス
テムの構成図。
テムの構成図。
【図７】本発明の他の実施例を示す石炭ガス化炉の部分
縦断面図。
縦断面図。
【図８】本発明の他の実施例を示す石炭ガス化燃料電池
発電システムの構成図。
発電システムの構成図。
【図９】本発明の他の実施例を示す石炭ガス化炉の部分
縦断面図。
縦断面図。
【図１０】本発明の他の実施例を示す石炭ガス化炉の部
分縦断面図。
分縦断面図。
【符号の説明】 １…上段反応領域、２…下段反応領域、４…未燃チャ
ー、５…溶融スラグ、１１…ガス冷却室、１２…絞り
部、１３…ガス化室、１４…スラグタップ、１５…スラ
グ冷却室、１６…スラグ水冷槽、２１…上段バーナ、２
２，３２…酸素、２３，３３…石炭、３１…下段バー
ナ、４０…スチームノズル、４１…スチーム、５０…耐
火壁、５１…ベッセル、８２…石炭ガス化炉、８５…ガ
スタービン、８７…スチームタービン、９０…燃料電
池、９１…反応領域制御手段、９９…石炭・酸化剤量制
御手段、１００…負荷指令。
ー、５…溶融スラグ、１１…ガス冷却室、１２…絞り
部、１３…ガス化室、１４…スラグタップ、１５…スラ
グ冷却室、１６…スラグ水冷槽、２１…上段バーナ、２
２，３２…酸素、２３，３３…石炭、３１…下段バー
ナ、４０…スチームノズル、４１…スチーム、５０…耐
火壁、５１…ベッセル、８２…石炭ガス化炉、８５…ガ
スタービン、８７…スチームタービン、９０…燃料電
池、９１…反応領域制御手段、９９…石炭・酸化剤量制
御手段、１００…負荷指令。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 真二 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 木田 栄次 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内
Claims (19)
- 【請求項１】ガス化室内の上段と下段の２系列に石炭と
酸化剤を噴出して可燃性ガスを生成させるバーナを備
え、前記ガス化室の上部に断面積を減少させた生成ガス
排出口を備え、下部に断面積を減少させたスラグ排出口
を備え、前記上段バーナに供給する石炭及び酸化剤の割
合を石炭灰の溶融温度を超えない値に設定し前記下段バ
ーナに供給する石炭及び酸化剤の割合を石炭灰の溶融温
度を超える値に設定する石炭・酸化剤量制御手段を備え
た噴流層石炭ガス化炉において、前記上段バーナによっ
て形成される上段反応領域と前記下段バーナによって形
成される下段反応領域の割合を負荷量に応じて変化させ
負荷量が大になるにつれて下段反応領域の割合を大きく
する反応領域制御手段を備えたことを特徴とする噴流層
石炭ガス化炉。 - 【請求項２】ガス化室内の上段と下段の２系列に石炭と
酸化剤を噴出して可燃性ガスを生成させるバーナを備
え、該上下段バーナをガス化室の接線方向にそれぞれ複
数個設けて生成ガスの旋回流が形成されるようにし、前
記ガス化室の上部に断面積を減少させた生成ガス排出口
を備え、下部に断面積を減少させたスラグ排出口を備
え、前記上段バーナに供給する石炭及び酸化剤の割合を
石炭灰の溶融温度を超えない値に設定し前記下段バーナ
に供給する石炭及び酸化剤の割合を石炭灰の溶融温度を
超える値に設定する石炭・酸化剤量制御手段を備えた噴
流層石炭ガス化炉において、前記上段バーナによって形
成される上段反応領域と前記下段バーナによって形成さ
れる下段反応領域の割合を負荷量に応じて変化させ負荷
量が大になるにつれて下段反応領域の割合を大きくする
反応領域制御手段を備えたことを特徴とする噴流層石炭
ガス化炉。 - 【請求項３】請求項２において、前記反応領域制御手段
として、前記上下段バーナによる旋回力の比を負荷量に
応じて変化させ負荷量が大になるにつれて下段バーナに
よる旋回力を強める手段を備えたことを特徴とする噴流
層石炭ガス化炉。 - 【請求項４】請求項２において、前記反応領域制御手段
として、前記上下段バーナに供給する石炭の比率を負荷
量に応じて変化させ負荷量が大になるにつれて下段バー
ナに供給する石炭の比率を高める手段を備えたことを特
徴とする噴流層石炭ガス化炉。 - 【請求項５】請求項２において、前記反応領域制御手段
として、前記上下段バーナに供給する石炭及び酸化剤の
噴出速度の比を負荷量に応じて変化させ負荷量が大にな
るにつれて下段バーナに供給する石炭及び酸化剤の噴出
速度の比を高める手段を備えたことを特徴とする噴流層
石炭ガス化炉。 - 【請求項６】請求項２において、前記下段バーナの近傍
にスチームノズルを備え、前記反応領域制御手段とし
て、該スチームノズルへのスチーム供給量を負荷量に応
じて変化させ負荷量が大になるにつれてスチーム供給量
を多くする手段を備えたことを特徴とする噴流層石炭ガ
ス化炉。 - 【請求項７】請求項３ないし５のいずれか１つにおい
て、前記下段バーナの近傍にスチームノズルを備え、該
スチームノズルへのスチーム供給量を負荷量に応じて変
化させ負荷量が大になるにつれてスチーム供給量を多く
する手段を備えたことを特徴とする噴流層石炭ガス化
炉。 - 【請求項８】請求項２において、前記下段バーナの近傍
に空気ノズルを備え、前記反応領域制御手段として、該
空気ノズルへの空気供給量を負荷量に応じて変化させ負
荷量が大になるにつれて空気供給量を多くする手段を備
えたことを特徴とする噴流層石炭ガス化炉。 - 【請求項９】請求項３ないし５のいずれか１つにおい
て、前記下段バーナの近傍に空気ノズルを備え、該空気
ノズルへの空気供給量を負荷量に応じて変化させ負荷量
が大になるにつれて空気供給量を多くする手段を備えた
ことを特徴とする噴流層石炭ガス化炉。 - 【請求項１０】請求項２において、前記反応領域制御手
段として、負荷量の増大につれて下段バーナに供給する
石炭の比率を高く上段バーナに供給する石炭の比率を低
くし、酸化剤重量／石炭重量の比を上段バーナは一定に
し下段バーナは負荷量の増大に伴い低くして全体として
は該比を一定に保つ手段を備えたことを特徴とする噴流
層石炭ガス化炉。 - 【請求項１１】上部に断面積を減少させた生成ガス排出
口を備え、下部に断面積を減少させたスラグ排出口を備
えたガス化炉内の上段と下段の２系列から石炭と酸化剤
を噴出し、上段バーナの酸化剤重量／石炭重量の比を石
炭灰の溶融温度を超えないように設定し、下段バーナの
酸化剤重量／石炭重量の比を石炭灰の溶融温度を超える
ように設定して反応させ可燃性ガスを生成させるように
した噴流層石炭ガス化方法において、前記上段バーナに
よって形成される上段反応領域と前記下段バーナによっ
て形成される下段反応領域との割合を負荷量に応じて変
化させ負荷量が大になるにつれて下段反応領域の割合を
大きくすることを特徴とする噴流層石炭ガス化方法。 - 【請求項１２】上部に断面積を減少させた生成ガス排出
口を備え、下部に断面積を減少させたスラグ排出口を備
えたガス化炉内の上段と下段の２系列から石炭と酸化剤
を旋回流で噴出させ、上段バーナの酸化剤重量／石炭重
量の比を石炭灰の溶融温度を超えない値に設定し、下段
バーナの酸化剤重量／石炭重量の比を石炭灰の溶融温度
を超える値に設定して反応させ可燃性ガスを生成させる
ようにした噴流層石炭ガス化方法において、前記上段バ
ーナによる旋回力と前記下段バーナによる旋回力の比を
負荷量に応じて変化させ負荷量が大になるにつれて前記
下段バーナによる旋回力を強めて該下段バーナによって
形成される下段反応領域の割合を大きくすることを特徴
とする噴流層石炭ガス化方法。 - 【請求項１３】請求項１１において、前記上下段バーナ
に供給する石炭の比率を負荷量に応じて変化させ負荷量
が大になるにつれて下段バーナに供給する石炭の比率を
高めて該下段バーナによって形成される下段反応領域の
割合を大きくすることを特徴とする噴流層石炭ガス化方
法。 - 【請求項１４】請求項１１において、前記上下段バーナ
に供給する石炭及び酸化剤の噴出速度の比を負荷量に応
じて変化させ負荷量が大になるにつれて下段バーナに供
給する石炭及び酸化剤の噴出速度の比を高めて該下段バ
ーナによって形成される下段反応領域の割合を大きくす
ることを特徴とする噴流層石炭ガス化方法。 - 【請求項１５】請求項１１ないし１４のいずれか１つに
おいて、前記下段バーナの近傍からスチームを供給し、
該スチームの供給量を負荷量に応じて変化させ負荷量が
大になるにつれてスチーム供給量を多くすることを特徴
とする噴流層石炭ガス化方法。 - 【請求項１６】請求項１１ないし１４のいずれか１つに
おいて、前記下段バーナの近傍から空気を噴出し、該空
気の量を負荷量に応じて変化させ負荷量が大になるにつ
れて空気供給量を多くすることを特徴とする噴流層石炭
ガス化方法。 - 【請求項１７】請求項１１において、前記負荷量の増大
につれて下段バーナに供給する石炭の比率を高く上段バ
ーナに供給する石炭の比率を低くし、酸化剤重量／石炭
重量の比を上段バーナでは一定にし下段バーナでは低く
して全体としては該比を一定に保ち、それによって負荷
量の増大に伴い該下段バーナによって形成される下段反
応領域の割合を大きくすることを特徴とする噴流層石炭
ガス化方法。 - 【請求項１８】石炭ガス化炉と，該ガス化炉で生成した
可燃性ガスを燃料として発電する燃料電池発電装置とを
具備した発電システムにおいて、前記石炭ガス化炉とし
て請求項１ないし１０の何れかに記載の噴流層ガス化炉
を備えたことを特徴とする石炭ガス化燃料電池発電シス
テム。 - 【請求項１９】石炭ガス化炉と，該ガス化炉で生成した
可燃性ガスをガスタービンで燃焼し熱エネルギーでスチ
ームタービンを駆動して発電する複合発電装置を備えた
石炭ガス化複合発電システムにおいて、前記石炭ガス化
炉として請求項１ないし１０の何れかに記載の噴流層ガ
ス化炉を備えたことを特徴とする石炭ガス化複合発電シ
ステム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24100394A JP3578494B2 (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | 噴流層石炭ガス化炉及び石炭ガス化方法 |
| US08/537,438 US5725615A (en) | 1994-10-05 | 1995-10-02 | Entrained bed coal gasification reactor and method of gasifying coal |
| CN95119117.9A CN1053919C (zh) | 1994-10-05 | 1995-10-04 | 夹带床煤气化反应器和煤气化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24100394A JP3578494B2 (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | 噴流層石炭ガス化炉及び石炭ガス化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08104882A true JPH08104882A (ja) | 1996-04-23 |
| JP3578494B2 JP3578494B2 (ja) | 2004-10-20 |
Family
ID=17067890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24100394A Expired - Fee Related JP3578494B2 (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | 噴流層石炭ガス化炉及び石炭ガス化方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5725615A (ja) |
| JP (1) | JP3578494B2 (ja) |
| CN (1) | CN1053919C (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997044412A1 (en) * | 1996-05-20 | 1997-11-27 | Hitachi, Ltd. | Coal gasification apparatus, coal gasification method and integrated coal gasification combined cycle power generating system |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7575613B2 (en) * | 2005-05-26 | 2009-08-18 | Arizona Public Service Company | Method and apparatus for producing methane from carbonaceous material |
| DE102005048488C5 (de) * | 2005-10-07 | 2020-07-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung für Flugstromvergaser hoher Leistung |
| US8303673B2 (en) * | 2006-08-25 | 2012-11-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for a high-capacity entrained flow gasifier |
| US8211191B2 (en) * | 2007-08-07 | 2012-07-03 | Phillips 66 Company | Upright gasifier |
| CN102071065A (zh) * | 2011-01-26 | 2011-05-25 | 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 | 一种折流式煤气化装置 |
| CN103712201B (zh) * | 2013-12-11 | 2016-02-17 | 王强 | 一种煤气发生炉 |
| CN112210405A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-01-12 | 新奥科技发展有限公司 | 煤气化炉 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4319888A (en) * | 1980-12-12 | 1982-03-16 | Combustion Engineering, Inc. | Apparatus for mixing char-ash into coal stream |
| JPS59172589A (ja) * | 1983-03-23 | 1984-09-29 | Hitachi Ltd | 石炭ガス化方法 |
| JPS59176391A (ja) * | 1983-03-28 | 1984-10-05 | Hitachi Ltd | 石炭ガス化炉 |
| US4569680A (en) * | 1984-12-26 | 1986-02-11 | Combustion Engineering | Gasifier with economizer gas exit temperature control |
| US4680035A (en) * | 1986-03-27 | 1987-07-14 | Combustion Engineering, Inc. | Two stage slagging gasifier |
| JPS63297736A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-05 | Hitachi Ltd | 噴流層石炭ガス化炉の負荷変動時での発熱量制御方法 |
| JP2972378B2 (ja) * | 1991-05-20 | 1999-11-08 | 株式会社東芝 | ガス化発電プラントの燃料切替システム |
-
1994
- 1994-10-05 JP JP24100394A patent/JP3578494B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-10-02 US US08/537,438 patent/US5725615A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-10-04 CN CN95119117.9A patent/CN1053919C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997044412A1 (en) * | 1996-05-20 | 1997-11-27 | Hitachi, Ltd. | Coal gasification apparatus, coal gasification method and integrated coal gasification combined cycle power generating system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1132780A (zh) | 1996-10-09 |
| CN1053919C (zh) | 2000-06-28 |
| US5725615A (en) | 1998-03-10 |
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