JPS6247472B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、各種炭化度を有する褐炭または石炭
ガス化用固定層圧力ガス発生炉の単位堅炉荷重を
高めプロセス遂行を最適化する方法に関する。そ
のさい、通常の単位堅炉荷重は越えられる。ガス
化剤大抵、酸素・蒸気混合物または空気・蒸気混
合物内で非酸化分は最少にされる。

本方法は、好ましくは、石炭に含まれた鉱物質
が灰融点以下でのガス化にさいして石炭に天然に
与えられた性質によつて微粒・粉末構造を獲得
し、プロセス中ガス化材の崩壊傾向および微粒生
成傾向が強い所で使用される。

固定層ガス化において能力限界を決定する要因
が主としてダスト排出量であることは一般に知ら
れている。燃料の特有性に応じてさまざまな能力
限界においても発生しプロセスを妨げるこの現象
を最少にするため、すでにさまざまな設計上およ
び方法技術上の提案がなされている。これらの提
案は幾つかのグループに分けることができる。例
えば、熱的過程および化学過程を通じて生じる煙
道ダストが可能な限り少なくなるよう燃料をプロ
セス開始前および遂行中に処理することが目的と
して追求される。この解決法は例えば東ドイツ特
許明細書第26392号、第38791号、第119814号およ
び東ドイツ特許明細書CIOJ／205413に見られ
る。

反応器上部、例えばガス出口近くで最適な流れ
分布を惹き起こそうとの設計上の解決法は例えば
東ドイツ特許明細書第132980号、第110297号、第
133817号および第133819号で提案されている。過
去においては固定層圧力ガス化の最適化にあたつ
てガス化剤の供給と合わせ回転火格子の設計構造
およびその運転法にやはり大きな注意が向けられ
た。この種の提案は例えば東ドイツ特許明細書第
133571号、第134243号および東ドイツ特許明細書
C10J／209772でなされている。

上記両グループの解決法提案の根底には、充填
進入前および進出後流れを制御してできるだけ均
一な分布、したがつてプロセス案内の最適化を達
成するという共通の関心がある。

これらの提案の欠点は、固定層の性能の決定的
プロセス量としての流れ分布が例えば石炭分配
器、ガス溜めまたは火格子等の前置および後置さ
れた諸機構によつて影響をうけるという間違つた
理論命題と結びついている。この命題は正しくな
い。流れ分布はむしろ、特に、プロセス中に生じ
る粒構造の影響をうける。

反応器内の微粒子ばら材層は、例えば、ガス溜
めの内部構造の抵抗または回転火格子の抵抗より
数十乗高い流れ抵抗を有しうる。更に微粒子は、
充填部内で流体によつて動かされ反応器の任意の
個所に沈積しばら材構造の不均一性を増大すると
いう不利な特性を有する。それによつて反応器の
特定範囲が完全に詰まり、反応器の貫通が通路の
形で行われるにすぎなくなり、事実上向流式反応
器の原理および諸利点が相殺されることさえあ
る。

それゆえ、過去において行われた上述の処置は
すべて、その効果が充填開始時および終了時の意
味のない範囲に限られていたのであるから、部分
的成果をおさめたにすぎない。

石炭の圧力ガス化にあたつてのプロセス改善に
係る別グループの提案は灰排出量の制御を扱つて
いる。そのさい特に流れの均一性および通路形成
の回避が目ざされる。例えば東ドイツ特許明細書
第133247号の目的もこの点にある。

類似の目的を有する別の提案は反応器での灰収
支に基づく灰排出量の制御を予定している。

これらの解決法提案でも、固定層の均一な貫流
にとつて固定層内の粒構造が灰排出量制御の決定
的判定基準である点が見失われる。

灰排出量の制御はやはり燃焼帯を一定に保つこ
とができない。なぜなら固定層の粒構造に注意が
向けられないなら燃焼帯は偏平な面を現示しない
からである。それに反し燃焼帯は顕著な通路その
中をかなりの量の固体流が流体の流れ方向に移動
しうる形で固定層のかなりの縦範囲にわたつて延
びている。

灰排出量の制御に灰収支を関連づけても所期の
改善は得られない。なぜなら粗ガス流による固体
排出量が多いと偏平な灰床層および火床層は成立
せず、その他流体によつて併出される固体流の定
性的および定量的検出に関し実用可能な測定法は
知られていないからである。

本発明の目的は各種炭化度を有する褐炭または
石炭ガス化用固定層圧力ガス発生炉の単位堅炉荷
重を高めその経済性を向上させる方法であり、該
方法によつて粒構造を改質する好適な方法を手段
にして、プロセスを最適に案内し経済性を向上さ
せるにあたつて充填物の負荷容量を高め単位性能
を高める決定的前提条件として最適な流れ事情を
生じる諸条件がつくり出され、そのことによつて
灰排出量と合わせてプロセスの自動化が可能とな
る。

本発明の課題は、石炭分配器、ガス溜め、火格
子等の発生炉内部構造が流れ分布およびそれと結
びついた停滞に及ぼす影響に関してこれまで主張
されてきた見解をプロセス案内が一段と向上され
る形で克服することである。

この課題は本発明により、固定層内での粒構造
の形成がプロセスの決定的案内量としてそれぞれ
の方法諸条件に依存して安定固定層および充填物
均一貫流を実現するよう制御されることによつ
て、解決される。

粒構造の流れ工学的品質は一般に平均粒径の計
量値dsmといわゆる間隙容量とによつて定義さ
れ、ここで必要となるその粒構造の判定は本発明
により反応器充填物の各高さ要素の渦点速度とい
う判定基準に基づいて行われる。

反応器固定層内の粒構造への影響はさまざまな
方法で行いうる。

まず第１に、ガス化にさいして発生する灰の粒
構造および圧力気化器中央に存在する灰・コーク
ス灰・石炭混合物の粒構造を酸化帯内の反応温度
変化によつて制御するよう提案される。例えば酸
化帯内の反応温度変化によつて灰、特にその微粒
子分の粒構造だけでなく還元帯、すなわち半ガス
化コークスの範囲の微粒子分も変化しうること
が、大規模に操業している圧力気化器で突き止め
られた。

石炭の鉱物質の少なくとも重量部30％が焼結点
または融点を上まわるほどに酸化還元帯の反応温
度が高められることは有利である。それによつて
達成可能な均一に貫流される固定層によつて大型
スラグ凝集が生成する危険は少なくなる。なぜな
ら、灰およびコークス・灰粒子から成る微粒分は
渦点速度を越えることがないのでより広い範囲で
流体によつてより高い層に転送され、したがつて
選別過程によつて容易に融解する共融混合物を形
成するからである。更に、隣接領域への微粒子の
運搬が防がれることによつて化学・物理的プロセ
ス条件は常に保障され、ガス化剤の性質が同じで
あるなら反応温度の違いは生じえない。これによ
つてスラグ発生の危険は最小限におさえられる。
固定層での渦点速度が特に酸化還元帯のどの個所
でも越えられることがないなら、反応最終温度は
鉱物質の大部分を貫流可能な粗粒子ばら材の形に
移行させるほどに高められうる。更に、還元帯内
の反応温度が十分高い場合半ガス化コークス内で
始まつた焼結過程によつて粒子崩壊およびダスト
生成はすでに著しく制限される。

酸化還元帯の反応温度および粒構造の変化を実
際に可能とするのはガス化剤内の酸素分の変化ま
たはその組成およびガス化剤の温度の選択であ
る。

酸化帯での、さまざまな要因に依存した特定最
大温度の正確な維持は、プロセス制御コンピユー
タによつて絶えず監視制御して行われる。この維
持は、１方で高い反応温度の諸利点を完全に利用
しまた他方でスラグ発生または大型スラグ片の発
生を防ぐためにも必要である。

最適な反応温度調整のため補助量として本発明
により１方で好ましくは灰帯の高さの発生炉内ジ
ヤケツトで測定した温度値が利用され、該温度値
は不安定な時間的推移および急激な変化によつて
充填物内で渦状態が達成されたことを示す。この
ことから粒構造の貫流性が悪いこと、すなわち反
応温度が低すぎることを知りうる。他方、最適な
反応温度を調整するための補助量として発生炉か
ら排出されるべき灰量の目標値が利用され、この
目標値は反応器内で時間単位当りにガス化された
石炭量から生じる。この目標値を越えた場合発生
炉本体内の粒構造は微粒すぎ、灰粒子またはコー
クス・灰粒子のかなりの量は火格子でなく粗ガス
出口を介して排出される。更に本発明の提案によ
り、灰または固体排出量を基準に酸化帯の反応温
度を最適化することと合わせてプロセスは回転火
格子の操作を介して制御され、酸化帯から生じた
灰の温度と逆流ガス化剤とから生じる特定の平衡
温度が常に維持される。

好ましくはこの温度の検出は直接反応器内で、
および酸化帯のすぐ下の反応器外周面の複数個所
で行われる。灰または固体排出量の案内量とし
て、好ましくは、少なくとも２個所、好ましくは
４〜６の測定個所の平均値から算出した平均温度
が利用される。

固体または灰排出機構の制御は本発明では温度
測定値、全系の時間特性および平衡温度制限値を
考慮したアルゴリズムに従つて行われる。更に酸
化帯反応温度および時間単位当たりに反応器から
排出される灰量が前記補助量と合わせてこのアル
ゴリズムに含まれ、安定した火床および反応器か
ら排出すべき固体量の最適な最終温度が保障され
る。反応器から排出すべき灰の温度と灰床を貫流
するガス化剤の入口温度との温度差の目標値とし
て好ましくは最大50Kの値が確定される。これに
よつて最適かつ効果的なプロセス案内が達成され
るとともに、大抵耐熱損傷性が不十分である固体
排出部材の構造部品が保護される。

更に本発明の提案により、ガス化材のブリケツ
テイングの場合該ガス化材に好適な鉱物質が混和
され、そのことによつて粒構造およびプロセスを
損う微粒子分は反応器酸化帯より上の範囲でも微
粒子生成による粒子崩壊に対抗するように影響を
うける。この種の混和物として最適なのは、熱荷
重をうけると石炭質の粒状組織を固化する鉱物成
分またはガス化過程の結果としてそれ自身が強固
でコンパクトな組織を形成する鉱物成分である。
このような性質は例えば粘土鉱物が有しており、
CaOの形で石炭に含まれた石灰も加熱されるとカ
ーボネート（CaCO₃）を生成する。これも特定の
温度水準に至るまでは組織固化を惹き起こし、し
たがつて微粒子生成に対抗する。

他の鉱物諸成分またはその組合わせ成分も混和
物の形で、または特定の石炭選択または石炭混合
によつて自ら上記のプロセス安定化効果を惹き起
こす。

高い反応温度の調整およびブリケツテイング材
への鉱物質の混和は発生炉堅炉内での顕著な固化
という形の後続現象と結びついている。軟化鉱物
質は場合によつては、堅炉壁が普通の耐火物、例
えばシヤモツトれんがで保護してあるならこの壁
と結合する。本発明の提案により、酸化帯内の高
い反応温度の達成は好ましくは高い熱伝導率を有
するセラミツク材料から成るまたは金属をベース
にした耐スラグ性内張りと合わせて実現される。

本発明を以下１実施例に基づいて詳述する。

発生炉からの灰排出は一般に回転火格子を介し
て行われ、いわゆる掃除器（Ｒａ¨umer）が排出
部材として使用される。灰排出量は掃除器の断面
積、その後、移動速度および移動時間によつて算
出される。回転火格子の回転速度および運転時間
は実際上灰排出時間の目標量として使用される。

回転火格子の回転速度調整および運転時間確定
またはそれらの変化は、本発明により、灰帯温度
測定個所でガス化剤の温度と灰の温度との許容温
度差の表現としての許容温度、好ましくは最大
50K以下が達成されるまで灰排出が確定時間内で
段階的に高まるよう行われる。

この温度が灰帯内の複数の温度測定個所の平均
値の形で達成されたなら、灰排出の出発値は調整
され、これによつて、安定した発生炉運転におい
て発生炉内での灰床高さの２点制御が自動的に与
えられたことになる。この系の制御は、灰床高さ
の端位置が大きな時間間隔でのみ、好ましくは２
時間おきに達成されるよう行われる。この周期内
に灰帯において灰排出量に相当しない温度上昇が
生じるなら、これは固定層の渦状態達成を暗示す
るのであるから、酸化帯の反応温度は好ましくは
ガス化剤内の酸化成分の割合を増やすことによつ
て高めなければならない。同様に、灰帯内の温度
勾配の傾向に依存することなく時間単位当たり火
格子を介して反応器から排出される灰量が目標値
を下まわるなら、反応温度を高めねばならない。
これは周知の如く灰調整門内の相当する充填レベ
ル表示器を介してコントロールしうる。反応温度
の上昇はやはり石炭種に適合された歩調で行う。
灰排出の目標値または灰帯内で安定した温度勾配
が達成されたなら昇温は終えられる。

高い反応温度の調整およびブリケツテイング材
への鉱物質混和によつて発生炉の堅炉が損傷しう
るが、しかしこれは本発明により好ましくはセラ
ミツク材料から成るまたは金属をベースにした耐
スラグ性内張りによつて防ぐことができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プロセス制御用案内量として固定層内の粒構
   造を利用し、また最適なプロセス案内の決定的前
   提条件である固定層の安定性および貫流均一性の
   判定基準として反応器の各高さ要素での渦点速度
   を利用し、流体の許容流れ速度をつねに渦点速度
   以下に調整することを特徴とする、各種炭化度を
   有する褐炭または石炭ガス化用固定層圧力ガス発
   生炉の単位堅炉荷重を高める方法。 ２ 平均粒径dsmと隙間率とによつて定義される
   粒構造を変えるため酸化および還元帯において、
   好ましくはガス化剤の酸化分またはその出発温度
   が容易に融解する共融混合物選択によつて変えら
   れ、発生炉の耐スラグ性セラミツクまたは金属内
   張りを用いて石炭の鉱物諸成分の焼結点および融
   点が超えられるような反応温度を酸化帯で使用す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ３ 反応最終温度を介して酸化および還元帯の粒
   構造を最適に制御するため補助量としてまず第１
   に反応器周囲で測定した灰床温度そして次に灰門
   を介して排出すべき鉱物質に関するプロセスの固
   体収支から生じる目標値を、灰床温度が上昇する
   なら火格子を介しての鉱物質排出速度が減速され
   またその逆に灰床温度が高くて火格子によつて排
   出される灰量が少なすぎるなら反応最終温度がガ
   ス化混合物の変化を介して上昇されるよう、利用
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ４ プロセス制御はアルゴリズムに従いプロセス
   制御コンピユーターを使つて行われ、少なくとも
   ２個所またはそれ以上の測定個所の平均値を灰床
   温度用出発量として利用し、石灰調節門と灰調節
   門との調節過程の比を排出すべき灰の目標値と見
   做し、灰調節回数に対する石灰調節回数の比が前
   記目標値を越えたなら反応温度を高めることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項若しくは第２項記
   載の方法。 ５ 有効的かつ最適なプロセス案内のため灰床温
   度の平均値を灰排出量の調節によつて、ガス化剤
   の温度より上の50絶対温度の最大値に制限するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項若しくは第
   ２項記載の方法。 ６ フリケツテイングの場合ガス化剤の粒構造に
   影響を与えるため好ましくは粘土、石灰等の鉱物
   質が混和され、該鉱物質は反応器内でのガス化過
   程の間大きな平均粒径を生成し、またはガス化用
   石炭の選択によつてかかる成分の富化に影響を及
   ぼすことを特徴とする特許請求の範囲第１、第
   ３、第４若しくは第５項記載の方法。