JPH08134472A

JPH08134472A - 気流層ガス化装置

Info

Publication number: JPH08134472A
Application number: JP30019394A
Authority: JP
Inventors: Akio Ueda; 昭雄植田; Yasutsune Katsuta; 康常勝田; Ryuichi Sugita; 隆一杉田; Rikuo Yamada; 陸雄山田; Eiji Kida; 栄次木田; Shuntaro Koyama; 俊太郎小山; Shinji Tanaka; 真二田中; Kenji Mita; 憲次三田; Motoharu Endo; 元治遠藤
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1994-11-10
Filing date: 1994-11-10
Publication date: 1996-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】スラグの付着によるガス化炉の閉塞を防止し
て、連続運転が可能な気流層ガス化装置とすること。【構成】ガス化装置１のガス化部３出口から熱回収部
４の伝熱面２１に、ガス化部内でスラグと共に溶融する
固体を供給して、付着スラグを除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は石炭に代表される微粉固
体炭素質原料の気流層ガス化装置に係り、特にガス化部
で発生したスラグの付着によって生じるガス化炉の閉塞
を防止するガス化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、石炭等の固体炭素原料をガス化す
る炉には、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、気流層は原料を微
粉にして酸素、空気など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
ガス化させるため、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などの特
徴を有しており、合成ガス、複合発電、燃料電池等の燃
料および原料製造に適しているので、国内外で開発が進
められている。

【０００３】図７に従来の気流層ガス化装置の概略構成
図を示す。まずこのガス化装置の構成について説明す
る。ガス化装置１は、ガス化部３、そのガス化部３の上
方に位置する熱回収部４、ガス化部３の下方に位置する
スラグ冷却部５とを備えた高圧のガス化炉２と、ガス化
炉２の下方に位置するスラグ分離部６とから構成され
る。ガス化部３にはバーナ７が設けられ、バーナ７には
原料ライン８と酸化剤ライン９とが接続されている。ガ
ス化部３の底部にはスラグを排出するスラグタップ１０
が設けられている。熱回収部４は図８に示すように伝熱
管１２と平板１３を溶接して組み上げられた構造で、一
般のボイラの水壁等に用いられているメンブレンと呼ば
れる構造である。この構造だけでは熱回収部の数十気圧
の圧力に耐えられないため、熱回収部４を本体圧力容器
１１の内部に空間部１４を介して収容している。空間部
１４には熱回収部４内の圧力より少し高い圧力のパージ
ガス６４を注入する。スラグ冷却部５はスラグタップ１
０の下に位置する空間部１５と冷却水１６が溜められた
水槽からなる。スラグ分離部６は本体圧力容器１１の下
方に位置しており、スラグロックホッパ１７、スラグ・
水分離器１８が設けられている。また、ガス化部３の下
部側壁内および熱回収部４の上部側壁内にはヘッダ１
９、２０が設けられ、冷却水が水供給ライン２２から供
給され伝熱面２１を経て水出口ライン２３から排出され
る。

【０００４】次に作用について説明する。石炭に代表さ
れる微粉固体原料を酸素、空気および水蒸気と共にバー
ナ７から該原料の灰の溶融温度以上の温度に保持された
ガス化部３に投入し、該原料の可燃分を水素（Ｈ2）お
よび一酸化炭素（ＣＯ）に富むガスに、該原料の灰分を
スラグに変換する。スラグタップ１０から流下する溶融
スラグ２４は下方の冷却水１６に落下し、スラグ表面と
内部との温度差によって熱応力が発生するので、冷却水
１６中で１０ｍｍ以下の大きさに水砕される。なお、冷
却水は冷却水供給ライン６３から供給されている。ガス
化によって生成したガスはガス化部３上方に設置した、
主に輻射伝熱によって熱を回収する熱回収部４で冷却さ
れる。更に、生成ガスライン２５を経て図示していない
後続の対流伝熱によって熱を回収する熱回収ボイラ、サ
イクロン等の脱塵器に至る。

【０００５】スラグ分離部６ではガス化部３からの水砕
スラグをスラグと水に分けており、スラグはバルブ２６
を経て、スラグロックホッパ１７に蓄えられ、次にバル
ブ２７を経てスラグ・水分離器１８で、スラグをスラグ
ライン２８に、水を水ライン２９に分離する。なお、ス
ラグロックホッパ１７には、高圧水を高圧水注入ライン
３０から供給して、圧力を保持しながらスラグをスラグ
冷却部５からスラグロックホッパ１７内に導入し、また
スラグを炉外に排出する際は、大気圧にするため高圧水
を高圧水排出ライン３１から排出している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ガス化によってＨ2お
よびＣＯに富むガスが生成されるが、生成ガスと共に未
燃のチャーおよびスラグの一部がガス化部３から飛散す
る。ガス化部３では原料灰の溶融温度以上に保持されて
いるため、ガス化部３から飛散するスラグは溶融してお
り、この溶融した飛散スラグがガス化部３の出口あるい
は熱回収部４の伝熱面２１に付着し、成長するとスラグ
の付着によって閉塞するので安定運転ができないという
問題があった。また、たとえ溶融していなくとも付着す
るとシンタリングによって飛散スラグが凝集して成長す
るという問題があった。なお、特開昭６０−１７３０９
２、特開昭６０−３２８８９等に開示された石炭ガス化
炉のようにガス化部の上部にガス化室の水平断面の径よ
りも小径のガス出口部を設置している場合は、該出口部
でガスの流路形状が大きく変化するため、この部分で溶
融飛散スラグが付着するという問題があった。

【０００７】そこで飛散スラグの温度を付着しない温度
まで冷却しようとして、例えばガス化部３出口に水蒸気
（Ｈ2Ｏ）を注入すると、水蒸気分圧が増加するため、
Ｈ2ＯがＣＯと反応してＨ2とＣＯ2になるシフト反応が
進む。その結果、ガス組成が変化してしまう。また、水
蒸気を添加すれば生成ガスの単位容積あたりの発熱量さ
えも変化させてしまう。一方、水蒸気分圧を極力小さく
しようとして水を注入すれば、少量で生成ガスの温度を
低下できるが、水が蒸発されずに伝熱管に衝突して、伝
熱管に大きな熱応力が発生するため破損してしまう恐れ
がある。更に、生成ガスの発熱量を変化させないでガス
化部３出口に生成ガスライン２５の下流で精製した生成
ガスを循環して冷却すると、生成ガスライン２５の図示
しない後続の精製ガス工程から多量のガスを昇圧する必
要があり、運転コストを著しく増加させてしまう。特に
酸化剤に空気を用いるガス化法では、酸化剤として用い
る空気中の窒素（Ｎ2）量が多いため、酸素を用いるガ
ス化法に比較して生成ガス量が約３倍多く、生成ガスを
冷却するガス量が酸素を用いるガス化法に比較して約３
倍必要になる。このため、空気を用いるガス化法で飛散
スラグを冷却すると非常に多量の冷却用ガスが必要にな
る。

【０００８】一方、ガス化部３で変換されたスラグの大
部分はスラグタップ１０から溶融スラグ２４として流下
するが、スラグタップ１０内でスラグを溶融温度以上に
保持できないと、スラグが固化しガス化炉２が閉塞する
という問題を生じる。この対策として種々の方式が提案
されている。例えば、（ａ）ガス化炉の炉底中央部にガ
スタップ、その周囲にスラグタップを配置して、生成ガ
スの一部をスラグタップからガスタップに自己循環して
スラグタップの温度を保持する（特開昭６２−２３６８
９１）、（ｂ）スラグタップの下面に可燃ガス室を設
け、可燃ガスに旋回流を与えて噴射して燃焼させる（特
開昭６１−２６１３９４）、がある。

【０００９】しかし、（ａ）の方式によれば、生成ガス
の自己循環は任意に制御できず、ガス化負荷に応じて変
化する。特に、負荷の変化に伴いガス化部内の旋回力が
弱まると生成ガスの自己循環量は低下して、スラグタッ
プおよびガスタップの温度が低下する。このため、スラ
グ冷却部内に設けられたスラグタップ加熱バーナでスラ
グタップを加熱するが、このバーナの排ガスがガス化部
内に混入し、生成ガスの発熱量を低下させると共に運転
コストの増大を招く。

【００１０】一方、（ｂ）の方式によれば、スラグタッ
プ出口面でのスラグ付着はなくなるが、加熱バーナから
の燃焼流が旋回しているため溶融スラグの流れが乱さ
れ、冷却部の側壁に付着し易くなったり、微小スラグが
再飛散してガス化部内に戻されてしまう。

【００１１】また、炉内の閉塞を防ぐため予め溶融スラ
グの流下状態を監視する必要があるが、この方法として
差圧による測定法が安価で簡単である。例えば、スラグ
タップの差圧を検出してタップの周りに高周波加熱装置
を用いたもの（特開平５−３２９７９）があるが、ガス
化炉特有の現象であるガス化部３の側壁を流下するスラ
グによって、圧力測定孔が閉塞されてしまい、測定でき
ないという問題があった。

【００１２】本発明の目的は、ガス化部で発生するスラ
グの付着によるガス化炉の閉塞を防止して、連続運転を
可能にすることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願の発明は以下のとおりである。

【００１４】（１）微粉固体原料の灰の溶融温度以上
に保持されかつ該原料の可燃分を一酸化炭素および水素
に富む生成ガスに、前記原料の灰分をスラグにそれぞれ
変換するガス化部、該ガス化部の下方に位置し該ガス化
部から流下するスラグを冷却水により水砕するスラグ冷
却部、前記ガス化部の上方に位置し前記生成ガスの熱を
回収する熱回収部とを含んで構成されたガス化装置おい
て、前記ガス化部内で前記スラグと溶融する固体を、前
記熱回収部から前記ガス化部の出口の間のいずれかの伝
熱面に供給する手段を設置したことを特徴とする気流層
ガス化装置。

【００１５】（２）上記（１）において、前記伝熱面
に供給する固体は、固体自身の溶融温度が前記スラグの
溶融温度以下である固体、固体の燃焼灰の溶融温度が前
記スラグの溶融温度以下である固体、前記スラグの溶融
温度を低下させる固体、もしくは前記ガス化装置から排
出された水砕スラグの一部であることを特徴とする気流
層ガス化装置。

【００１６】（３）上記（１）または（２）におい
て、前記伝熱面に供給する固体は、固体自身が水砕する
もの、もしくは前記スラグと複合酸化物を形成するもの
であることを特徴とする気流層ガス化装置。

【００１７】（４）上記（３）において、前記ガス化
装置から排出された水砕スラグの一部を分級する分級
機、および該分級機から分級された粒径の大きい水砕ス
ラグを前記伝熱面に供給する手段とを設置したことを特
徴とする気流ガス化装置。

【００１８】（５）上記（１）において、前記伝熱面
に固体を供給する手段は該固体に旋回を与える構造とす
ることを特徴とする気流層ガス化装置。

【００１９】（６）微粉固体原料の灰の溶融温度以上
に保持されかつ該原料の可燃分を一酸化炭素および水素
に富む生成ガスに、前記原料の灰分をスラグにそれぞれ
変換するガス化部、該ガス化部の下方に位置し該ガス化
部から流下するスラグを冷却水により水砕するスラグ冷
却部、前記ガス化部の上方に位置し前記生成ガスの熱を
回収する熱回収部とを含んで構成されたガス化装置にお
いて、前記ガス化部の出口部および前記熱回収部の差圧
を検出し、検出信号に基づいて前記熱回収部から前記ガ
ス化部の出口の間のいずれかの伝熱面に、前記ガス化部
内で前記スラグと溶融する固体を供給することを特徴と
する気流層ガス化装置の運転方法。

【００２０】（７）微粉固体原料の灰の溶融温度以上
に保持されかつ該原料の可燃分を一酸化炭素および水素
に富む生成ガスに、前記原料の灰分をスラグにそれぞれ
変換するガス化部、該ガス化部の下方に位置し該ガス化
部から流下するスラグを冷却水により水砕するスラグ冷
却部、前記ガス化部の上方に位置し前記生成ガスの熱を
回収する熱回収部とを含んで構成されたガス化装置にお
いて、前記ガス化部の底部に位置するスラグタップの孔
内を前記スラグ冷却部側に段状に拡大させ、かつ該拡大
した孔内に沿って複数のバーナを燃焼流が下向きになる
ように設置したことを特徴とする気流層ガス化装置。

【００２１】（８）上記（７）において、前記ガス化
部の底部の中央にガスタップを、該ガスタップの周囲に
スラグタップを設置することにより前記ガス化部で生成
した生成ガスの一部を前記スラグタップから前記ガスタ
ップに循環する構造とし、前記ガスタップの孔内を前記
スラグ冷却部側に段状に拡大させ、かつ該拡大した孔内
に沿って複数のバーナを設置したことを特徴とする気流
層ガス化装置。

【００２２】（９）上記（７）または（８）におい
て、前記スラグタップの孔内に設置したバーナは、該バ
ーナからの燃焼流が旋回流を与える構造であることを特
徴とする気流層ガス化装置。

【００２３】（１０）上記（８）において、前記ガス
タップの孔内に設置したバーナは、該バーナからの燃焼
流が上向きであることを特徴とする気流層ガス化装置。

【００２４】（１１）上記（７）または（８）におい
て、前記ガスタップもしくは前記スラグタップの孔内に
設置したバーナに酸素含有ガスまたは酸素含有ガスと生
成ガス、メタン、灯油等の可燃性燃料の混合ガスを供給
することを特徴とする気流層ガス化装置。

【００２５】（１２）ガス化装置が微粉固体原料の灰
の溶融温度以上に保持されかつ該原料の可燃分を一酸化
炭素および水素に富む生成ガスに、前記原料の灰分をス
ラグにそれぞれ変換するガス化部、該ガス化部の下方に
位置し該ガス化部から流下するスラグを冷却水により水
砕するスラグ冷却部、前記ガス化部の上方に位置し前記
生成ガスの熱を回収する熱回収部とを含んで構成され、
前記ガス化部と前記スラグ冷却部の差圧を検出して前記
ガス化装置のスラグ溶融状態を監視するものにおいて、
前記ガス化部に設置した圧力検出端に、該圧力検出端に
おけるガス流速が５ｍ／Ｓ以上となるように酸素を含有
しないガスを供給することを特徴とする気流層ガス化装
置のスラグ監視方法。

【００２６】（１３）ガス化装置が微粉固体原料の灰
の溶融温度以上に保持されかつ該原料の可燃分を一酸化
炭素及び水素に富む生成ガスに、前記原料の灰分をスラ
グにそれぞれ変換するガス化部、該ガス化部の下方に位
置し該ガス化部から流下するスラグを冷却水により水砕
するスラグ冷却部、前記ガス化部の上方に位置し前記生
成ガスの熱を回収する熱回収部とを含んで構成され、前
記ガス化部と前記スラグ冷却部の差圧を検出して前記ガ
ス化装置のスラグ溶融状態を監視するものにおいて、前
記ガス化部に設置した圧力検出端に、該圧力検出端にお
けるガス流速が１ｍ／Ｓ以上となるように酸素含有ガス
を供給することを特徴とする気流層ガス化装置のスラグ
監視方法。

【００２７】

【作用】ガス化部出口あるいはガス化部の下流に位置す
る熱回収部に付着したスラグに固体を、熱回収部からガ
ス化部出口の間のいずれかの伝熱面に供給すれば、固体
が付着物に衝突し、付着物が剥離できる。その結果、付
着物と固体はガス化部に落下するが、ガス化部に落下し
た付着物と固体は溶融スラグと共にスラグ冷却部に流下
する。付着物を除去させる固体は、固体自身の溶融温度
がスラグの溶融温度以下である固体、燃焼灰の溶融温度
がスラグの溶融温度以下である固体、スラグの溶融温度
を低下させる固体、もしくはガス化装置から排出された
水砕スラグであるため、ガス化部に落下すると、ガス化
部で生成するスラグに取り込まれて溶融し、固化しな
い。更に、スラグと複合酸化物を形成する固体を用いれ
ば、スラグ冷却部に流下して水砕するので、スラグ冷却
部から排出されないというトラブルも生じない。

【００２８】また、ガス化部出口および熱回収部の差圧
を検出し、この検出信号に基づいて伝熱面に固体を供給
すれば、飛散スラグの付着物によって差圧が増加すると
いう問題がなく安心して運転できる。

【００２９】一方、ガス化部の側壁を流下する溶融スラ
グは、段状に拡大されたスラグタップ孔内にバーナを配
置することで、その燃焼熱でスラグタップを溶融温度以
上に保持できることに加え、バーナからの燃焼流が下流
向きであるため、エジェクタ効果によって高温の生成ガ
スに伴って溶融スラグが流下し易くなる。更に、ガスタ
ップを設けてスラグタップと同様に拡大してバーナを設
ければ、生成ガスの自己再循環が良好に行われ、ガスタ
ップ孔内においてもスラグ溶融温度以上に保つことがで
きるのでスラグによる閉塞がない。

【００３０】また、溶融スラグの流下状態を監視するた
めに、ガス化部に設置した圧力検出端に、酸素を含有し
ていないガスを所定の流速以上で噴出させると該ガスに
よりガス化部の側壁に流下しているスラグを吹き飛ばし
て除去するため、圧力検出孔が閉塞することなく正確に
計測できる。更に、酸素を含有するガスを所定の流速以
上で噴出させると、圧力検出端の周りには可燃性ガスが
存在しているため、該可燃性ガスと酸素が燃焼して高温
状態になる。そのため、圧力検出端付近のスラグの粘度
を低下させた状態で吹き飛ばすので、酸素を含有しない
場合に比較して少量のガス量で検出端が閉塞することな
く正確に計測できるのである。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は、第１の実施例である気流層ガス化装置の概
略構成図を示し、図４に示す従来のガス化装置に次の機
器を設置したものである。第１にガス化部３の下流の熱
回収部４に通常のホッパ３２および高圧気体の注入ライ
ン３４、排出ライン３５を備えた供給ホッパ３３、バル
ブ３６、３７等を追加している。第２にガス化部３と熱
回収部４の出口間にそれぞれ圧力検出ライン３８、３９
を設置して、ここで検出された信号は圧力測定器４０に
至り、更に制御器４１、信号ライン４２、４３を経てバ
ルブ３７を駆動するようにしている。ホッパ３２、供給
ホッパ３３には、（１）ガラス玉のように固体自身の溶
融温度がスラグの溶融温度以下である固体、（２）ガス
化装置でガス化に供している石炭のように燃焼灰の溶融
温度がスラグの溶融温度以下である固体、（３）石灰
石、鉄鉱石のようにスラグの溶融温度を低下させる固体
を充填する。アルミニウム、鉄鋼材料のように灰の溶融
温度よりも低い金属では、ガス化部で溶融するが、スラ
グと複合酸化物を作らない物質であるためスラグ冷却部
の冷却水に落下すると水砕されないで塊のままである。
このため、スラグタップからは流下してもスラグ冷却部
からの排出は容易ではないため、ガラス玉のように単独
でも水砕するもの、あるいは石灰石のようにスラグと複
合化合物を形成して水砕するものが適している。

【００３２】ガラス玉、ガス化炉に供している石炭のよ
うに固体自身あるいは燃焼灰の溶融温度がスラグの溶融
温度以下の固体、もしくは石灰石、鉄鉱石のようにスラ
グの溶融温度を低下させる固体を、ホッパ３２を経て供
給ホッパ３３に充填する。ガス化部３から飛散するスラ
グ粒子の付着によってガス化部３出口部あるいは熱回収
部４の差圧が増加すれば、バルブ３７を開いて自然落
下、もしくは供給ホッパ３３の圧力を熱回収部４の圧力
よりも高く設定して供給ホッパ３３の加圧用のガスと共
に噴出させてもよい。このとき、噴出ノズル４４を熱回
収部４内に伝熱面２１の内径よりも小さい仮想円に向け
て旋回を与えるように噴出させれば、付着物除去用固体
は熱回収部の伝熱管を回りながら落下して付着物に衝突
するため、付着物を効率よく除去できる。付着物と付着
物除去用固体はガス化部３に落下して溶融し、スラグタ
ップ１０を通ってガス化部３の溶融スラグとともにスラ
グ冷却部５で水砕して安定して排出される。なお、ガス
化部３に落下した付着物および付着物除去用固体がスラ
グに溶融する際には溶解熱が必要なため、ガス化部３の
温度が低下する。従って、石灰石のようにスラグの溶融
温度を低下させる固体が、スラグの安定流下の面からは
好ましい。あるいは、このように付着物除去用固体を落
下させるときにはガス化部の温度を若干上昇させるよう
にバーナ７の酸化剤の供給量を増加させるとよい。この
ように本実施例では、付着物除去用固体を熱回収部から
噴出させて付着物を除去するため、生成ガスの組成、発
熱量をほとんど変化させることがない。

【００３３】図２に、第２の実施例である気流層ガス化
装置における概略構成図を示す。本実施例では付着物を
除去する固体として、水砕スラグの一部を使用するもの
である。このとき、水砕スラグの中で粒径が約２ｍｍ以
下の小さなスラグは質量が小さいために、たとえ付着物
に衝突しても付着物を除去できない。そこで、スラグロ
ックホッパ１７とスラグ・水分離器１８の間のラインか
ら水砕スラグと水の一部を分岐して、分級機４５で質量
の大きいスラグだけを戻りライン４６を経て付着物除去
用の固体のホッパ３２、供給ホッパ３３に供給するもの
である。本実施例では熱回収部４の下部に付着物除去用
の固体噴出ノズル４４を設置し、更に噴出ガスライン４
７からガスを供給して固体に初速を付けて噴出させるも
のである。このように噴出ガスライン４７を設置して付
着物除去用の固体を噴出させてもよいし、図１に示すよ
うにノズルから自然落下させてもよい。なお、本図のよ
うに熱回収部４の入口付近では生成ガスの温度が高く、
噴出ノズル４４が溶融した飛散スラグで閉塞する恐れが
あるため、噴出ノズル４４が閉塞しないように常時パー
ジガスを噴出する必要がある。

【００３４】本実施例では、ガス化装置で生成したスラ
グを付着物除去用固体として用いるので、第１の実施例
で示したガラス玉、石灰石等のように新たに購入する必
要がないし、廃棄する水砕スラグ量を増加させることな
く付着物を除去することができる。なお、付着物除去用
固体を噴出させるガスとして、窒素ガス等の不活性なガ
スを用いればよいが、生成ガスのリサイクルガスを用い
ればガス組成を変化させることがないので、後続の機器
に全く悪影響を与えることがない。

【００３５】なお、図２には示していないが、分級機４
５の後流にスラグ乾燥機を設置すれば、スラグに付着し
ている搬送用の水を乾燥させることができる。付着水が
存在すると、ホッパ３２、供給ホッパ３３内で架橋を形
成したり、熱回収部４の伝熱管を急冷し亀裂を発生させ
たりする恐れがあるが、乾燥機で水分を除去することに
より防止できる。なお、スラグロックホッパ１７からス
ラグ・水分離器１８までのライン間に分級ライン４８、
４９を設置して分級しているが、乾燥機をスラグ分級機
４５の後流ではなく、スラグ・水分離器１８後のスラグ
ライン２８に設置して、スラグの一部を取り出した後乾
燥させたものを分級してもよい。第１と第２の実施例に
よれば、伝熱面に付着したスラグを簡単にかつ、生成ガ
スの組成あるいは発熱量を変化させることなく除去でき
るものである。

【００３６】本発明の第３の実施例を、図３に示す。図
３はガス化部底部の構成図であり、ガス化部３の底部の
中央部にガスタップ５０を、その周囲に複数個のスラグ
タップ１０を設置している。スラグタップ１０およびガ
スタップ５０は二段の拡大形状となっており、スラグタ
ップ１０の拡大部は緩やかに末広がりになっている。ス
ラグタップ１０の拡大したところに複数個のバーナ５１
を、拡大した孔内に沿ってリング状に設置している。バ
ーナ５１からの酸素含有ガスの噴出方向は下向きであ
る。バーナ５１の材料は２つに区分され、炉内側の高温
部はスラグタップ１０と同一で、低温部は鋼材で接続さ
れている。ガスタップ５０の拡大部にも複数個のバーナ
５２を設置しており、該バーナ５２からの酸素含有ガス
の噴出方向は上向き好ましくは上向きの旋回流が形成す
るような構造となっている。原料の灰分は、溶融温度以
上の１３００℃〜１６００℃の高温に保持されたガス化
部３内で生成し、大部分は溶融スラグ２４としてスラグ
タップ１０孔へ導かれる。生成ガスの一部は溶融スラグ
２４と共にスラグタップ１０孔に導かれて、溶融スラグ
は落下し生成ガスはガスタップ５０孔に自己循環してい
るが、ガス化炉の負荷が低くなっても、スラグタップ１
０内温度はスラグタップ１０の拡大部に設置されたバー
ナ５１の燃焼熱でスラグ溶融温度以上を保持する。バー
ナ５１では、酸素含有ガスをライン５３から供給するこ
とによって、溶融スラグとともに流下した生成ガスもし
くは系外から供給される生成ガス、メタン、灯油等を燃
焼する。また、スラグタップ１０内の自己ガス循環量は
スラグタップ１０内での燃焼流が下向きであるため、こ
の燃焼流によるエジェクタ効果によってガス化部３から
の高温生成ガスがスラグ冷却部５方向へ流れやすくな
り、効率的にスラグタップ１０が加熱される。スラグタ
ップ１０孔内を流下する溶融スラグ２４の内側で燃焼し
ているため、溶融スラグ２４は加熱され、流動が良好と
なり、スラグタップ１０内でのスラグ固化がなく安定に
流下する。更に、下向きで旋回流を与えるようにする
と、より効果的にスラグが加熱される。また、バーナ５
１からの燃焼流５４はスラグタップ１０の拡大部の出口
側が緩やかな末広がりの曲面形状となっているため、出
口側で渦流を発生させず、溶融スラグ２４を巻き込まな
いので安定に流下する。ガスタップ５０内のガス流はガ
スタップ５０の下部に設置したバーナ５２の燃焼流がガ
ス化部３の方向即ち上向きとなるよう設置されているの
で、燃焼流５４がスラグタップ１０の場合と同様なエジ
ェクタ効果によって自己ガス循環量が増加し、たとえ溶
融スラグ２４が混入してもガスタップ５０孔内はスラグ
溶融温度以上に保たれているので閉塞の恐れがなくな
る。なお、バーナ５２もバーナ５１と同様にライン６５
から酸素含有ガスまたは酸素含有ガスとメタン、灯油等
の混合ガスを供給する。生成ガスが自己循環をしない方
式、つまりスラグタップ１０のみを設けているガス化装
置の場合でも本発明は適用でき、同様にスラグが安定に
流下する。

【００３７】図４は、本発明の第４の実施例を示す気流
層ガス化装置の概略構成図である。本実施例は図７に示
す従来のガス化装置に、圧力検出ライン３９、５５を設
置し、更にガス化部の圧力検出ライン３９にガスを注入
するライン５６、圧力測定器４０、バルブ５７、５８を
設置したものである。このようなガス化装置に、バルブ
５８を閉じてガス化部３だけの圧力を測定し、更にガス
化部３の圧力検出ライン３９にライン５６から圧力検出
端５９に酸素を含有しない窒素ガスあるいは酸素を３０
％含有するガスを噴出させたときの圧力測定結果を、そ
れぞれ図５および図６に示す。なお、ガス化部の圧力は
３０気圧で、圧力検出端５９の内径は８ｍｍである。

【００３８】図５に示すように、圧力検出端５９から窒
素ガスを４ｍ／ｓ以下で噴出させたとき、圧力の測定器
は真の値を測定しないことがわかる。すなわち４ｍ／ｓ
で噴出させたときは側壁を流下する溶融スラグ６０によ
って圧力検出端５９の孔が閉塞して噴出ガスの背圧を測
定する結果になった。５ｍ／ｓ以上のガス流速で噴出さ
せるとガス化部３の圧力を正確に計測できた。これは５
ｍ／ｓ以上にガスを噴出させると該ガスによりガス化部
３の側壁に流下している溶融スラグ６０を吹き飛ばして
除去することができるため、圧力検出端５９を閉塞させ
ることなく圧力を正確に計測できるのである。

【００３９】図６に示すように、酸素含有ガスを圧力検
出端５９から０．１ｍ／ｓ以下で噴出させた時、溶融ス
ラグ６０で圧力検出端５９の孔が閉塞して噴出ガスの背
圧を測定する結果になった。一方、１．０ｍ／ｓではガ
ス化部の圧力を正確に計測できた。０．５ｍ／ｓでは圧
力が波打つような値が測定された。このように酸素を含
有するガスを使用すると、酸素を含有しないガスに比較
して少ないガス量で炉内の圧力が溶融スラグ６０に影響
されずに計測できるが、これは圧力検出端５９から酸素
含有ガスが噴出しており、この酸素と圧力検出端５９付
近の可燃性ガスとが燃焼して発熱し圧力検出端５９の周
りが高温となり、溶融スラグ６０の粘度を低下させて吹
き飛ばすことができるためである。従って、酸素を含有
しない場合に比較して少量のガス量で圧力検出端５９が
閉塞することなく正確に計測できるのである。なお、
０．５ｍ／ｓではガス流速が小さいために溶融スラグ６
０を吹き飛ばす運動量が小さく、酸素の流量が少ないた
めに圧力検出端５９の近くの溶融スラグ６０が凝固と溶
融を繰り返し、圧力検出端５９の孔直径が変化する。こ
れは、圧力測定器４０にガス化部３の圧力の他に、圧力
検出端５９に注入しているガスの背圧が加算され、測定
値が波打つためと考えられる。本実験結果から、圧力検
出端５９を噴出するガス流速が、酸素を含まないガスの
場合は５ｍ／ｓ以上、酸素を含有するガスの場合は１ｍ
／ｓ以上にすればよいことがわかる。

【００４０】上述のように本実施例によって、ガス化部
３の圧力が正確に検出できる。そのためスラグ冷却部５
の空間部１５に設置した圧力検出ライン５５からの検出
値からスラグ冷却部との差圧も検出できる。この差圧は
スラグタップ１０の差圧を検出することになるので、こ
の検出信号に基づいてスラグタップ加熱する手段を制御
すれば、スラグタップ１０を閉塞させることなく溶融ス
ラグ２４を安定に冷却水１６に流下させることができ
る。スラグタップ１０を加熱する手段としては、スラグ
タップを加熱するバーナ６１、ガス化部３への酸化剤の
供給量、スラグ冷却部５の生成ガス抜出ライン６２から
抜く高温生成ガス量等がある。差圧が所定値より大きく
なった場合には、例えばバーナ６１を起動させてスラグ
タップ１０を加熱する。

【００４１】

【本発明の効果】本発明によれば、スラグの付着によっ
てガス化炉が閉塞することなく、長期の連続運転が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施例を示す気流層ガ
ス化装置の概略構成図である。

【図２】図２は、本発明の第２の実施例を示す気流層ガ
ス化装置の概略構成図である。

【図３】図３は、本発明の第３の実施例を示すガス化部
底部の構成図である。

【図４】図４は、本発明の第４の実施例を示す気流層ガ
ス化装置の概略構成図である。

【図５】図５は、ガス化部の圧力検出端に酸素を含有し
ないガスを噴出させたときの圧力測定結果を示す図であ
る。

【図６】図６は、ガス化部の圧力検出端に酸素を含有す
るガスを噴出させたときの圧力測定結果を示す図であ
る。

【図７】図７は、従来の気流層ガス化装置の概略構成図
である。

【図８】図８は、図７の熱回収部の横断面の詳細構成図
である。

【符号の説明】

１：ガス化装置２：ガス化炉
３：ガス化部４：熱回収部
５：スラグ冷却部６：スラグ分離部
７：バーナ８：原料ライン
９：酸化剤ライン１０：スラグタップ
１１：本体圧力容器１２：伝熱管
１３：平板１４：空間部１５：空間部１６：冷却水１７：スラグロックホッパ１８：スラグ・水
分離器１９：ヘッダ２０：ヘッダ
２１：伝熱面２２：水供給ライ
ン２３：水出口ライン２４：溶融スラグ
２５：生成ガスライン２６：バルブ
２７：バルブ２８：スラグライ
ン２９：水ライン３０：高圧水注入
ライン３１：高圧水排出ライン３２：ホッパ
３３：供給ホッパ３４：高圧気体注
入ライン３５：高圧気体排出ライン３６：バルブ
３７：バルブ３８：圧力検出ラ
イン３９：圧力検出ライン４０：圧力測定器
４１：制御器４２：信号ライン
４３：信号ライン４４：噴出ノズル
４５：分級機４６：戻りライン４７：噴出ガスライン４８：分級ライン
４９：分級ライン５０：ガスタップ
５１：バーナ５２：バーナ５３：ライン５４：燃焼流
５５：圧力検出ライン５６：ガス注入ラ
イン５７：バルブ５８：バルブ５９：圧力検出端６０：溶融スラグ
６１：バーナ６２：生成ガス抜
出ライン６３：冷却水供給ライン６４：パージガス
６５：ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田陸雄広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (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 (72)発明者小山俊太郎茨城県日立市大みか町７丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者田中真二茨城県日立市大みか町７丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者三田憲次千葉県袖ヶ浦市中袖３ー１石炭利用水素製造技術研究組合運転研究所内 (72)発明者遠藤元治千葉県袖ヶ浦市中袖３ー１石炭利用水素製造技術研究組合運転研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微粉固体原料の灰の溶融温度以上に保持
されかつ該原料の可燃分を一酸化炭素および水素に富む
生成ガスに、前記原料の灰分をスラグにそれぞれ変換す
るガス化部、該ガス化部の下方に位置し該ガス化部から
流下するスラグを冷却水により水砕するスラグ冷却部、
前記ガス化部の上方に位置し前記生成ガスの熱を回収す
る熱回収部とを含んで構成されたガス化装置おいて、前
記ガス化部内で前記スラグと溶融する固体を、前記熱回
収部から前記ガス化部の出口の間のいずれかの伝熱面に
供給する手段を設置したことを特徴とする気流層ガス化
装置。
【請求項２】請求項１において、前記伝熱面に供給す
る固体は、固体自身の溶融温度が前記スラグの溶融温度
以下である固体、固体の燃焼灰の溶融温度が前記スラグ
の溶融温度以下である固体、前記スラグの溶融温度を低
下させる固体、もしくは前記ガス化装置から排出された
水砕スラグの一部であることを特徴とする気流層ガス化
装置。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記
伝熱面に供給する固体は、固体自身が水砕するもの、も
しくは前記スラグと複合酸化物を形成するものであるこ
とを特徴とする気流層ガス化装置。
【請求項４】請求項３において、前記ガス化装置から
排出された水砕スラグの一部を分級する分級機、および
該分級機から分級された粒径の大きい水砕スラグを前記
伝熱面に供給する手段とを設置したことを特徴とする気
流ガス化装置。
【請求項５】請求項１において、前記伝熱面に固体を
供給する手段は該固体に旋回を与える構造とすることを
特徴とする気流層ガス化装置。
【請求項６】微粉固体原料の灰の溶融温度以上に保持
されかつ該原料の可燃分を一酸化炭素および水素に富む
生成ガスに、前記原料の灰分をスラグにそれぞれ変換す
るガス化部、該ガス化部の下方に位置し該ガス化部から
流下するスラグを冷却水により水砕するスラグ冷却部、
前記ガス化部の上方に位置し前記生成ガスの熱を回収す
る熱回収部とを含んで構成されたガス化装置において、
前記ガス化部の出口部および前記熱回収部の差圧を検出
し、検出信号に基づいて前記熱回収部から前記ガス化部
の出口の間のいずれかの伝熱面に、前記ガス化部内で前
記スラグと溶融する固体を供給することを特徴とする気
流層ガス化装置の運転方法。
【請求項７】微粉固体原料の灰の溶融温度以上に保持
されかつ該原料の可燃分を一酸化炭素および水素に富む
生成ガスに、前記原料の灰分をスラグにそれぞれ変換す
るガス化部、該ガス化部の下方に位置し該ガス化部から
流下するスラグを冷却水により水砕するスラグ冷却部、
前記ガス化部の上方に位置し前記生成ガスの熱を回収す
る熱回収部とを含んで構成されたガス化装置において、
前記ガス化部の底部に位置するスラグタップの孔内を前
記スラグ冷却部側に段状に拡大させ、かつ該拡大した孔
内に沿って複数のバーナを燃焼流が下向きになるように
設置したことを特徴とする気流層ガス化装置。
【請求項８】請求項７において、前記ガス化部の底部
の中央にガスタップを、該ガスタップの周囲にスラグタ
ップを設置することにより前記ガス化部で生成した生成
ガスの一部を前記スラグタップから前記ガスタップに循
環する構造とし、前記ガスタップの孔内を前記スラグ冷
却部側に段状に拡大させ、かつ該拡大した孔内に沿って
複数のバーナを設置したことを特徴とする気流層ガス化
装置。
【請求項９】請求項７または請求項８において、前記
スラグタップの孔内に設置したバーナは、該バーナから
の燃焼流が旋回流を与える構造であることを特徴とする
気流層ガス化装置。
【請求項１０】請求項８において、前記ガスタップの
孔内に設置したバーナは、該バーナからの燃焼流が上向
きであることを特徴とする気流層ガス化装置。
【請求項１１】請求項７または請求項８において、前
記ガスタップもしくは前記スラグタップの孔内に設置し
たバーナに酸素含有ガスまたは酸素含有ガスと生成ガ
ス、メタン、灯油等の可燃性燃料の混合ガスを供給する
ことを特徴とする気流層ガス化装置。
【請求項１２】ガス化装置が微粉固体原料の灰の溶融
温度以上に保持されかつ該原料の可燃分を一酸化炭素お
よび水素に富む生成ガスに、前記原料の灰分をスラグに
それぞれ変換するガス化部、該ガス化部の下方に位置し
該ガス化部から流下するスラグを冷却水により水砕する
スラグ冷却部、前記ガス化部の上方に位置し前記生成ガ
スの熱を回収する熱回収部とを含んで構成され、前記ガ
ス化部と前記スラグ冷却部の差圧を検出して前記ガス化
装置のスラグ溶融状態を監視するものにおいて、前記ガ
ス化部に設置した圧力検出端に、該圧力検出端における
ガス流速が５ｍ／Ｓ以上となるように酸素を含有しない
ガスを供給することを特徴とする気流層ガス化装置のス
ラグ監視方法。
【請求項１３】ガス化装置が微粉固体原料の灰の溶融
温度以上に保持されかつ該原料の可燃分を一酸化炭素及
び水素に富む生成ガスに、前記原料の灰分をスラグにそ
れぞれ変換するガス化部、該ガス化部の下方に位置し該
ガス化部から流下するスラグを冷却水により水砕するス
ラグ冷却部、前記ガス化部の上方に位置し前記生成ガス
の熱を回収する熱回収部とを含んで構成され、前記ガス
化部と前記スラグ冷却部の差圧を検出して前記ガス化装
置のスラグ溶融状態を監視するものにおいて、前記ガス
化部に設置した圧力検出端に、該圧力検出端におけるガ
ス流速が１ｍ／Ｓ以上となるように酸素含有ガスを供給
することを特徴とする気流層ガス化装置のスラグ監視方
法。