JP2003171674A - ガス化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒子を可燃ガスから分離する際に、粒子取扱
い上のトラブルが生じにくく、系全体の効率が低下せ
ず、液状物質が析出しないガス化装置を提供する。 【解決手段】流動媒体により流動床内で石炭ａをガス化
するガス化室２と、ガス化室で発生するチャーを流動床
内で燃焼させ、流動媒体を加熱するチャー燃焼室３と、
ガス化室内に設置され、ガス化したガスｂと該ガス中の
粒子ｃとを分離する分離装置３１と、粒子の分離された
ガスを、発電用ガスタービン５５に供給するガス供給口
３６とを備え、ガス化室とチャー燃焼室とは一体に構成
され、各々の流動床の上方でガスの流通がないように第
１仕切壁１５により仕切られ、第１仕切壁の下部に第１
開口部２５が設けられ、第１開口部を通じて、チャー燃
焼室側からガス化室側へ加熱された流動媒体を移動さ
せ、分離装置は粒子排出管３３を有し、粒子排出管の排
出口３４が、チャー燃焼室に開口しているガス化装置１
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭をガス化し、
ガス化したガスから粒子を分離する粒子分離装置を備え
るガス化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に示すように、従来の統合型ガス化
炉３０１は、それぞれ流動媒体により流動床の形成され
たガス化室３０２と、チャー燃焼室３０３と、ガス化室
３０２とチャー燃焼室３０３との間にある沈降チャー燃
焼室３０５とを含んで構成されていた。ガス化室３０２
には、石炭ａが投入され、投入された石炭ａは、流動媒
体の顕熱によりガス化され、ガス化された可燃ガスｂ
は、可燃ガスｂを利用する後段の発電用ガスタービン
（図４に不図示）に送られていた。

【０００３】チャーおよび流動媒体は、ガス化室３０２
からチャー燃焼室３０３に送られ、チャー燃焼室３０３
でチャーが燃焼され、チャーの燃焼により流動媒体に顕
熱が与えられる。顕熱が与えられた流動媒体は高温とな
り、沈降チャー燃焼室３０５を経てガス化室３０２に戻
される。高温の流動媒体によりガス化室３０２でさらに
石炭ａのガス化が行われる。

【０００４】ガス化室３０２を出た可燃ガスｂは、配管
３０６を介してサイクロンセパレータ３０５に送られ、
サイクロンセパレータ３０５により粒子ｃが分離され
る。分離された粒子ｃは配管３０７を介してチャー燃焼
室３０３に戻されチャー中可燃分等が燃焼されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のような統合型ガ
ス化炉３０１では、一度炉外に排出したガス流れ中から
サイクロンセパレータ３０５で粒子ｃを分離し、分離し
た粒子ｃをチャー燃焼室３０３内に戻している。このた
めには、粒子ｃを移送する炉外の配管３０６、３０７が
必要となり、粒子ｃの取扱い上のトラブルを避けるため
特別の工夫が必要となる。また、粒子ｃが高温であり、
その熱を利用するプロセスであるので、一度炉外に排出
されることにより、熱がサイクロンセパレータ３０５、
および外部配管３０６、３０７から放出され粒子ｃの放
熱損失が増大し、系全体の効率が低下する。温度が低下
すると析出するタール分等の液状物質がある場合におい
ては、その影響によりさらに取扱い上のトラブル要因が
増加する。

【０００６】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
で、粒子を反応ガスから分離する際に、粒子の取扱い上
のトラブルが生じにくく、系全体の効率が低下すること
がなく、液状物質が析出することのないガス化装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明によるガス化装置１は、例えば
図１、図３に示すように、発電用ガスタービンにガスを
供給するガス化装置において；高温の流動媒体を内部で
流動させ、界面を有するガス化室流動床を形成し、前記
ガス化室流動床内で石炭ａを加圧下でガス化するガス化
室２と；流動媒体を内部で流動させ、界面を有するチャ
ー燃焼室流動床を形成し、ガス化室２でのガス化に伴い
発生するチャーを前記チャー燃焼室流動床内で燃焼させ
前記流動媒体を加圧下で加熱するチャー燃焼室３と；ガ
ス化室２内に設置され、ガス化室２で発生したガスｂと
該ガスｂ中の粒子ｃとを分離する分離装置３１と；分離
装置３１によって粒子ｃの分離されたガスｂを、発電機
５７を駆動するガスタービン５５に供給するガス供給口
３６とを備え；ガス化室２とチャー燃焼室３とは一体に
構成されており；ガス化室２とチャー燃焼室３とは、前
記それぞれの流動床の界面より鉛直方向上方においては
ガスの流通がないように第１の仕切壁１５により仕切ら
れ；第１の仕切壁１５の下部にはガス化室２とチャー燃
焼室３とを連通する第１の開口部２５が設けられてお
り、第１の開口部２５を通じて、チャー燃焼室３側から
ガス化室２側へチャー燃焼室３で加熱された流動媒体を
移動させるように構成され；分離装置３１は分離された
粒子ｃを導く粒子排出管３３を有し、粒子排出管３３の
排出口３４が、チャー燃焼室３に開口している。

【０００８】このように構成すると、ガス化室２の内部
に設置された分離装置３１を備え、ガス化室２で発生し
たガスｂと該ガスｂ中の粒子ｃとを分離し、分離された
粒子ｃを、粒子排出管３３に導かれ排出口３４からチャ
ー燃焼室３に導入し、粒子ｃが分離されたガスｂをガス
供給口３６から、発電機５７を駆動するガスタービン５
５に供給することができる。また、ガス化室２とチャー
燃焼室３とは一体に構成されているので、分離した粒子
ｃをガス化室２からチャー燃焼室３へ直接搬送すること
ができ、ガス化室２とチャー燃焼室３の外部に粒子ｃお
よびガスｂを一旦外部配管内を通して排出し、外部に配
置されたサイクロンセパレータにより粒子ｃを分離した
後に外部配管内を通してチャー燃焼室３へ戻す必要がな
い。よって、分離された粒子ｃの取扱い上のトラブルが
起こりにくく、温度低下が起こらず、温度低下による系
全体の効率の低下、トラブルの発生を避けることができ
る。

【０００９】請求項２に係る発明によるガス化装置１
は、例えば図１に示すように、請求項１に記載のガス化
装置において、分離装置３１は、サイクロン式分離装置
３１である。分離装置がサイクロン式分離装置３１であ
るので、広い温度範囲のガスから粒子を分離することが
できる。また、粒子・ガス分離装置の構造を単純にする
ことができ、目づまりの起こりにくい分離装置とするこ
とができる。

【００１０】請求項３に係る発明によるガス化装置１
は、例えば図１に示すように、請求項１または請求項２
に記載のガス化装置１において、さらに、ガス化室２と
チャー燃焼室３とは、前記それぞれの流動床の界面より
鉛直方向上方においてはガスｂの流通がないように第２
の仕切壁１１により仕切られ；第２の仕切壁１１の下部
にはガス化室２とチャー燃焼室３とを連通する第２の開
口部２１が設けられており、第２の開口部２１を通じ
て、ガス化室２側からチャー燃焼室３側へ流動媒体を移
動させるように構成される。

【００１１】このように構成すると、第２の開口部２１
を通じて、ガス化室２側からチャー燃焼室３側へ流動媒
体が移動するので、ガス化室２でチャーが発生すると
き、そのチャーは流動媒体と共にチャー燃焼室３に移動
し、またガス化室２とチャー燃焼室３間の流動媒体のマ
スバランスが保たれる。

【００１２】請求項４に係る発明によるガス化装置１
は、例えば図１に示すように、請求項１乃至請求項３の
いずれか１項に記載のガス化装置１において、ガス化室
２及びチャー燃焼室３と一体に構成された熱回収室４を
備え；ガス化室２と熱回収室４とは、直接的なガスの流
通がないように仕切るか、または互いに接しないように
配置する。

【００１３】このように構成すると、ガス化室２で生成
したガスｂと熱回収室４中の燃焼ガスｕとの混合をほと
んど起こさずに熱回収ができる。また、熱回収室４を備
えるので、石炭ａの種類によっては、ガス化室２で発生
するチャーの量とチャー燃焼室３で流動媒体の加熱に必
要とされるチャーの量のバランスが崩れることがある
が、その差は、熱回収室４での熱回収量を加減すること
により調整することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
ガス化装置としての統合型ガス化炉１について、図１を
参照して説明する。なお、各図において互いに同一ある
いは相当する部材には同一符号または類似符号を付し、
重複した説明は省略する。

【００１５】図１は、本発明のうちのガス化炉部分の基
本的な構成を模式的に表現したものである。図に示す統
合型ガス化炉１は、熱分解即ちガス化、チャー燃焼、熱
回収の３つの機能をそれぞれ担当するガス化室２、チャ
ー燃焼室３、熱回収室４を備え、例えば全体が円筒形又
は矩形を成した炉体内に収納されている。チャー燃焼室
３は、ガス化室２に隣接して一体に形成されている。

【００１６】ガス化室２、チャー燃焼室３、熱回収室４
は仕切壁１１、１２、１３、１４、１５で分割されてお
り、それぞれの底部に流動媒体を含む濃厚層である流動
床が形成される。各室２、３、４の流動床、即ちガス化
室流動床、チャー燃焼室流動床、熱回収室流動床の流動
媒体を流動させるために、各室２、３、４の底である炉
底には、流動媒体中に流動化ガスを吹き込む散気装置が
設けられている。散気装置は炉底部に敷かれた例えば多
孔板を含んで構成され、該多孔板を広さ方向に分割して
複数の部屋に分割されており、各室内の各部の空塔速度
を変えるために、散気装置の各部屋から多孔板を通して
吹き出す流動化ガスの流速を変化させるように構成して
いる。空塔速度が室の各部で相対的に異なるので各室
２、３、４内の流動媒体も室２、３、４の各部で流動状
態が異なり、そのため内部旋回流が形成される。図中、
散気装置に示す白抜き矢印の大きさは、吹き出される流
動化ガスの流速を示している。例えば３ｂで示す箇所の
太い矢印は、３ａで示す箇所の細い矢印よりも流速が大
きい。

【００１７】ガス化室２とチャー燃焼室３の間は第２の
仕切壁としての仕切壁１１で仕切られ、チャー燃焼室３
と熱回収室４の間は仕切壁１２で仕切られ、ガス化室２
と熱回収室４の間は仕切壁１３で仕切られている（なお
本図は、円筒形の炉を平面的に展開して図示しているた
め、仕切壁１１はガス化室２とチャー燃焼室３の間には
ないかのように示されている）。即ち、別々の炉として
構成されておらず、一つの炉として一体に構成されてい
る。更に、チャー燃焼室３のガス化室２と接する面の近
傍には、流動媒体が下降するべく沈降チャー燃焼室５を
設ける。即ち、チャー燃焼室３は沈降チャー燃焼室５
と、沈降チャー燃焼室５以外のチャー燃焼室本体部とに
分かれる。このため、沈降チャー燃焼室５をチャー燃焼
室の他の部分（チャー燃焼室本体部）と仕切るための仕
切壁１４が設けられている。沈降チャー燃焼室５とチャ
ー燃焼室の他の部分（チャー燃焼室本体部）とは、同じ
加圧力下にある。また沈降チャー燃焼室５とガス化室２
は、第１の仕切壁としての仕切壁１５で仕切られてい
る。

【００１８】ここで、流動床と界面について説明する。
流動床は、その鉛直方向下方部にある、流動化ガスによ
り流動状態に置かれている流動媒体（例えば珪砂）を濃
厚に含む濃厚層と、その濃厚層の鉛直方向上方部にある
流動媒体と多量のガスが共存し、流動媒体が勢いよくは
ねあがっているスプラッシュゾーンとからなる。流動床
の上方即ちスプラッシュゾーンの上方には流動媒体をほ
とんど含まずガスを主体とするフリーボード部がある。
本発明でいう界面は、ある厚さをもった前記スプラッシ
ュゾーンをいうが、またスプラッシュゾーンの上面と下
面（濃厚層の上面）との中間にある仮想的な面ととらえ
てもよい。

【００１９】また「流動床の界面より鉛直方向上方にお
いてはガスの流通がないように仕切壁により仕切られ」
というとき、さらに界面より下方の濃厚層の上面より上
方においてガスの流通がないようにするのが好ましい。

【００２０】ガス化室２とチャー燃焼室３の間の仕切壁
１１は、炉の天井１９から炉底（散気装置の多孔板）に
向かってほぼ全面的に仕切っているが、下端は炉底に接
することはなく、炉底近傍に第２の開口部としての開口
部２１が形成されている。但しこの開口部２１の上端
が、ガス化室流動床界面、チャー燃焼室流動床界面のい
ずれの界面よりも上方にまで達することはない。さらに
好ましくは、開口部２１の上端が、ガス化室流動床の濃
厚層の上面、チャー燃焼室流動床の濃厚層の上面のいず
れよりも上方にまで達することはないようにする。言い
換えれば、開口部２１は、常に濃厚層に潜っているよう
に構成するのが好ましい。即ち、ガス化室２とチャー燃
焼室３とは、少なくともフリーボード部においては、さ
らに言えば界面より上方においては、さらに好ましくは
濃厚層の上面より上方ではガスの流通がないように仕切
壁１１により仕切られていることになる。

【００２１】またチャー燃焼室３と熱回収室４の間の仕
切壁１２はその上端が界面近傍、即ち濃厚層の上面より
は上方であるが、スプラッシュゾーンの上面よりは下方
に位置しており、仕切壁１２の下端は炉底近傍までであ
り、仕切壁１１と同様に下端が炉底に接することはな
く、炉底近傍に濃厚層の上面より上方に達することのな
い開口部２２が形成されている。

【００２２】ガス化室２と熱回収室４の間の仕切壁１３
は炉底から炉の天井１９にわたって完全に仕切ってい
る。沈降チャー燃焼室５を設けるべくチャー燃焼室３内
を仕切る仕切壁１４の上端は流動床の界面近傍で、下端
は炉底に接している。仕切壁１４の上端と流動床との関
係は、仕切壁１２と流動床との関係と同様である。沈降
チャー燃焼室５とガス化室２を仕切る仕切壁１５は、仕
切壁１１と同様であり、炉の天井１９から炉底に向かっ
てほぼ全面的に仕切っており、下端は炉底に接すること
はなく、炉底近傍に第１の開口部としての開口部２５が
形成され、この開口の上端が濃厚層の上面より下にあ
る。即ち、開口部２５と流動床の関係は、開口部２１と
流動床の関係と同様である。

【００２３】ガス化室２に投入された石炭ａは流動媒体
から熱を受け、加圧下で熱分解、ガス化される。典型的
には、石炭ａはガス化室２では燃焼せず、いわゆる乾留
される。残った乾溜チャーは流動媒体と共に仕切壁１１
の下部にある開口部２１からチャー燃焼室３に流入す
る。このようにしてガス化室２から導入されたチャーは
チャー燃焼室３で加圧下で燃焼して流動媒体を加熱す
る。チャー燃焼室３でチャーの燃焼熱によって加熱され
た流動媒体は仕切壁１２の上端を越えて加圧下の熱回収
室４に流入し、熱回収室４内で界面よりも下方にあるよ
うに配設された層内伝熱管４１で収熱され、冷却された
後、再び仕切壁１２の下部の開口部２２を通ってチャー
燃焼室３に流入する。なお、加圧下とは、大気圧よりも
高い圧力下であることを意味する。

【００２４】ここで、熱回収室４は本発明のガス化装置
に必須ではない。即ち、ガス化室２で主として揮発成分
がガス化した後に残る主としてカーボンからなるチャー
の量と、チャー燃焼室３で流動媒体を加熱するのに必要
とされるチャーの量がほぼ等しければ、流動媒体から熱
を奪うことになる熱回収室４は不要である。また前記チ
ャーの量の差が小さければ、例えば、ガス化室２でのガ
ス化温度が高目になり、ガス化室２で発生するＣＯガス
の量が増えるという形で、バランス状態が保たれる。

【００２５】しかしながら図に示すように熱回収室４を
備える場合は、熱回収室４における熱回収量を加減する
ことにより、チャー燃焼室３の燃焼温度を適切に調節
し、流動媒体の温度を適切に保つことができる。

【００２６】一方チャー燃焼室３で加熱された流動媒体
は仕切壁１４の上端を越えて沈降チャー燃焼室５に流入
し、次いで仕切壁１５の下部にある開口部２５からガス
化室２に流入する。

【００２７】ここで、各室間の流動媒体の流動状態及び
移動について説明する。ガス化室２の内部で沈降チャー
燃焼室５との間の仕切壁１５に接する面の近傍は、沈降
チャー燃焼室５の流動化と比べて強い流動化状態が維持
される強流動化域２ｂになっている。全体としては投入
された石炭ａと流動媒体の混合拡散が促進される様に、
場所によって流動化ガスの空塔速度を変化させるのが良
く、一例として図に示したように強流動化域２ｂの他に
弱流動化域２ａを設けて旋回流を形成させるようにす
る。

【００２８】チャー燃焼室３は中央部に弱流動化域３
ａ、周辺部に強流動化域３ｂを有し、流動媒体およびチ
ャーが内部旋回流を形成している。ガス化室２、チャー
燃焼室３内の強流動化域２ｂ、３ｂの流動化速度は５Um
f以上、弱流動化域２ａ、３ａの流動化速度は５Umf以下
とするのが好適であるが、弱流動化域２ａ、３ａと強流
動化域２ｂ、３ｂに相対的な明確な差を設ければ、この
範囲を超えても特に差し支えはない。チャー燃焼室３内
の熱回収室４、および沈降チャー燃焼室５に接する部分
には強流動化域３ｂを配するようにするのがよい。また
必要に応じて炉底には弱流動化域２ａ、３ａ側から強流
動化域２ｂ、３ｂ側に下るような勾配を設けるのが良い
（不図示）。ここで、Umfとは最低流動化速度（流動化
が開始される速度）を１Umfとした単位である。即ち、
５Umfは最低流動化速度の５倍の速度である。

【００２９】このように、チャー燃焼室３と熱回収室４
との仕切壁１２近傍のチャー燃焼室３側の流動化状態を
熱回収室４側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状
態に保つことによって、流動媒体は仕切壁１２の流動床
の界面近傍にある上端を越えてチャー燃焼室３側から熱
回収室４の側に流入し、流入した流動媒体は熱回収室４
内の相対的に弱い流動化状態即ち高密度状態のために下
方（炉底方向）に移動し、仕切壁１２の炉底近傍にある
下端（の開口部２２）をくぐって熱回収室４側からチャ
ー燃焼室３の側に移動する。

【００３０】同様に、チャー燃焼室３の本体部と沈降チ
ャー燃焼室５との仕切壁１４近傍のチャー燃焼室本体部
側の流動化状態を沈降チャー燃焼室５側の流動化状態よ
りも相対的に強い流動化状態に保つことによって、流動
媒体は仕切壁１４の流動床の界面近傍にある上端を越え
てチャー燃焼室３本体部の側から沈降チャー燃焼室５の
側に移動流入する。沈降チャー燃焼室５の側に流入した
流動媒体は、沈降チャー燃焼室５内の相対的に弱い流動
化状態即ち高密度状態のために下方（炉底方向）に移動
し、仕切壁１５の炉底近傍にある下端（の開口部２５）
をくぐって沈降チャー燃焼室５側からガス化室２側に移
動する。なおここで、ガス化室２と沈降チャー燃焼室５
との仕切壁１５近傍のガス化室２側の流動化状態は沈降
チャー燃焼室５側の流動化状態よりも相対的に強い流動
化状態に保たれている。このことは流動媒体の沈降チャ
ー燃焼室５からガス化室２への移動を誘引作用により助
ける。

【００３１】同様に、ガス化室２とチャー燃焼室３との
間の仕切壁１１近傍のチャー燃焼室３側の流動化状態は
ガス化室２側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状
態に保たれている。したがって、流動媒体は仕切壁１１
の流動床の界面より下方、好ましくは濃厚層の上面より
も下方にある（濃厚層に潜った）開口部２１を通してチ
ャー燃焼室３の側に流入する。

【００３２】チャー燃焼室３と熱回収室４とは、上端が
界面の高さ近傍にあり下端が濃厚層に潜った仕切壁１２
で仕切られており、仕切壁１２近傍のチャー燃焼室３側
の流動化状態が、仕切壁１２近傍の熱回収室４側の流動
化状態よりも強く保たれている。したがって、流動媒体
は仕切壁１２の上端を越えてチャー燃焼室３側から熱回
収室４側に流入移動し、また仕切壁１２の下端をくぐっ
て熱回収室４側からチャー燃焼室３側に移動する。

【００３３】また、チャー燃焼室３とガス化室２とは、
下端が濃厚層に潜った仕切壁１５により仕切られてお
り、仕切壁１５のチャー燃焼室３側には、上端が界面の
高さ近傍にある仕切壁１４と仕切壁１５を含む仕切壁で
画成された沈降チャー燃焼室５が設けられ、仕切壁１４
近傍のチャー燃焼室３本体部側の流動化状態が、仕切壁
１４近傍の沈降チャー燃焼室５側の流動化状態よりも強
く保たれている。したがって、流動媒体は仕切壁１４の
上端を越えてチャー燃焼室３の本体部側から沈降チャー
燃焼室５側に流入移動する。このように構成することに
より沈降チャー燃焼室５に流入した流動媒体は少なくと
もマスバランスを保つように、仕切壁１５の下端（開口
部２５）をくぐって沈降チャー燃焼室５からガス化室２
に移動する。このとき、仕切壁１５近傍のガス化室２側
の流動化状態が、仕切壁１５近傍の沈降チャー燃焼室５
側の流動化状態よりも強く保たれていれば、誘引作用に
より流動媒体の移動が促進される。

【００３４】さらにガス化室２とチャー燃焼室３本体部
とは、下端が濃厚層に潜った第２の仕切壁１１で仕切ら
れている。沈降チャー燃焼室５からガス化室２に移動し
てきた流動媒体は、さきのマスバランスを保つように仕
切壁１１の下端をくぐってチャー燃焼室３に移動する
が、このとき、仕切壁１１近傍のチャー燃焼室３側の流
動化状態が、仕切壁１１近傍のガス化室２側の流動化状
態よりも強く保たれていれば、さきのマスバランスを保
つようにだけではなく、強い流動化状態により流動媒体
はチャー燃焼室３側に誘引され移動する。

【００３５】熱回収室４は全体が均等に流動化され、通
常は最大でも熱回収室４に接したチャー燃焼室３の流動
化状態より弱い流動化状態となるように維持される。し
たがって、熱回収室４の流動化ガスの空塔速度は０〜３
Umfの間で制御され、流動媒体は緩やかに流動しながら
沈降流動層を形成する。なおここで０Umfとは、流動化
ガスが止まった状態である。このような状態にすれば、
熱回収室４での熱回収を最小にすることができる。すな
わち、熱回収室４は流動媒体の流動化状態を変化させる
ことによって回収熱量を最大から最小の範囲で任意に調
節することができる。また、熱回収室４では、流動化を
室全体で一様に発停あるいは強弱を調節してもよいが、
その一部の領域の流動化を停止し他を流動化状態に置く
こともできるし、その一部の領域の流動化状態の強弱を
調節してもよい。

【００３６】ガス化室２の流動化ガスとして最も好まし
いのは可燃ガスｂを昇圧してリサイクル使用することで
ある。このようにすればガス化室２から出るガスは純粋
に石炭ａから発生したガスのみとなり、非常に高品質の
ガスを得ることができる。それが不可能な場合は水蒸気
等、できるだけ酸素を含まないガス（無酸素ガス）を用
いるのが良い。ガス化の際の吸熱反応によって流動媒体
の層温が低下する場合は、必要に応じて無酸素ガスに加
えて、酸素もしくは酸素を含むガス、例えば空気を供給
して可燃ガスｂの一部を燃焼させるようにしても良い。
チャー燃焼室３に供給する流動化ガスは、チャー燃焼に
必要な酸素を含むガス、例えば空気、酸素と蒸気の混合
ガスを供給する。また熱回収室４に供給する流動化ガス
は、空気、水蒸気、燃焼排ガス等を用いる。

【００３７】ガス化室２とチャー燃焼室３の流動床の上
面（スプラッシュゾーンの上面）より上方の部分すなわ
ちフリーボード部は完全に仕切壁１１、１５で仕切られ
ている。さらに言えば、流動床の濃厚層の上面より上方
の部分すなわちスプラッシュゾーン及びフリーボード部
は完全に仕切壁１１、１５で仕切られているので、チャ
ー燃焼室３とガス化室２のそれぞれの圧力P1，P2のバラ
ンスが多少乱れても、双方の流動層の界面の位置の差、
あるいは濃厚層の上面の位置の差、即ち層高差が多少変
化するだけで乱れを吸収することができる。即ち、ガス
化室２とチャー燃焼室３とは、仕切壁１１、１５で仕切
られているので、それぞれの室の圧力P1，P2が変動して
も、この圧力差は層高差で吸収でき、どちらかの層が開
口部２１、２５の上端に下降するまで吸収可能である。
従って、層高差で吸収できるチャー燃焼室３とガス化室
２のフリーボードの圧力差の上限値は、互いを仕切る仕
切壁１１、１５の下部の開口部２１、２５の上端から
の、ガス化室流動床のヘッドと、チャー燃焼室流動床の
ヘッドとのヘッド差にほぼ等しい。

【００３８】以上説明した実施の形態の統合型ガス化炉
１では、一つの流動床炉の内部に、ガス化室２、チャー
燃焼室３、熱回収室４の３つを、それぞれ隔壁を介して
設け、更にチャー燃焼室３とガス化室２、チャー燃焼室
３と熱回収室４はそれぞれ隣接して設けられている。こ
の統合型ガス化炉１は２塔循環方式の炉と違って、チャ
ー燃焼室３とガス化室２間に大量の流動媒体循環を可能
にしているので、流動媒体の顕熱だけでガス化のための
熱量を充分に供給でき、改良型加圧流動床炉を用いた発
電システムの原則である「できるだけ少量の、且つ発熱
量の高い可燃ガスを得る」ことが最も容易に実現でき
る。

【００３９】さらに本発明の実施の形態では、チャー燃
焼室３で発生する燃焼ガスｕとガス化室２で発生する可
燃ガスｂの間のシールが完全にされるので、ガス化室２
とチャー燃焼室３の圧力バランス制御がうまくなされ、
燃焼ガスｕと可燃ガスｂが混ざることがなく、可燃ガス
ｂの性状を低下させることもない。

【００４０】また、熱媒体としての流動媒体とチャーは
ガス化室２側からチャー燃焼室３側に流入するようにな
っており、さらに同量の流動媒体がチャー燃焼室３側か
らガス化室２側に戻るように構成されているので、自然
にマスバランスがとれ、流動媒体をチャー燃焼室３側か
らガス化室２側に戻すために、コンベヤ等を用いて機械
的に搬送する必要もなく、高温粒子のハンドリングの困
難さ、顕熱ロスが多いといった問題もない。

【００４１】以上説明したように、本発明の実施の形態
では、図１に示すように、１つの流動床炉内に、石炭ａ
の熱分解・ガス化、チャー燃焼、及び層内熱回収の３つ
の機能を共存させ、チャー燃焼室３内の高温流動媒体を
熱分解・ガス化の熱源供給の熱媒体としてガス化室２に
供給する統合型ガス化炉１において、前記ガス化室２と
熱回収室４は互いに接しないように配置するか、もしく
は仕切壁１３によって炉底から天井１９にわたって完全
に仕切るかし、且つガス化室２とチャー燃焼室３は流動
床の界面より上方においては完全に仕切壁１５で仕切
り、該仕切壁１５近傍のガス化室２側の流動化状態の強
さとチャー燃焼室３側の流動化状態の強さとの相対的な
関係を所定の関係に保つことによって、当該仕切壁１５
の炉底近傍に設けた開口部２５を通じて、チャー燃焼室
３側からガス化室２側へ流動媒体を移動させるように構
成されている。また、ガス化室２側からチャー燃焼室３
側へチャーを含んだ流動媒体を開口部２１を通じて移動
させるように構成されている。

【００４２】この実施の形態によれば、ガス化室２とチ
ャー燃焼室３は流動床の界面より上方においては完全に
仕切壁１５で仕切られているので、それぞれの室のガス
圧力が変動しても圧力バランスが崩れて燃焼ガスｕと可
燃ガスｂが混ざるという問題を生じない。このため、ガ
ス化室２とチャー燃焼室３の間に特別な圧力バランス制
御を必要としない。そして、該仕切壁１５近傍のガス化
室２側の流動化状態とチャー燃焼室３側の流動化状態の
強弱を所定の状態に保つことによって、当該仕切壁１５
の炉底近傍に設けた開口部２５を通じて、チャー燃焼室
３側からガス化室２側へ安定に流動媒体を大量に移動さ
せることが出来る。このため、チャー燃焼室３側からガ
ス化室２側への流動媒体の移動に機械的な高温粒子のハ
ンドリング手段を必要としない。また、前記ガス化室２
の流動化ガスとしては無酸素ガスを用いるが、このいわ
ゆる無酸素ガスとしては水蒸気等の全く酸素を含まない
ガスを用いるようにしてもよい。

【００４３】統合型ガス化炉１は、可燃ガスｂの流れが
内部に形成されるガス化室２の内部に、粒子・ガス分離
装置としての、あるいはサイクロン式分離装置としての
サイクロンセパレータ３１を備える。サイクロンセパレ
ータ３１は、ガス化室２で生成した可燃ガスｂを導入す
る入り口部３２と、可燃ガスｂに同伴し、サイクロンセ
パレータ３１で分離された粒子ｃを導く粒子排出管とし
ての粒子排出配管３３と、粒子排出配管３３の先端に位
置し粒子ｃを排出する粒子排出口３４と、粒子ｃが分離
された可燃ガスｂを排出するガス排出口３５とを備え
る。

【００４４】図２に示すように、入り口部３２からサイ
クロンセパレータ３１に入った可燃ガスｂは旋回流を形
成し、粒子ｃは遠心力によりサイクロンセパレータ３１
の内壁３１Ａに向かい内壁３１Ａを伝って旋回しながら
落下し、サイクロンセパレータ３１の図２（Ｂ）中下部
に取り付けられた粒子排出配管３３から排出される。粒
子ｃの分離された可燃ガスｂは、サイクロンセパレータ
３１の図２（Ｂ）中上部に形成されたガス排出口３５か
ら排出される。

【００４５】図１に戻って説明を続ける。統合型ガス化
炉１は、天井１９のガス化室２の部分に形成されたガス
供給口としての可燃ガスガス供給口３６を備え、サイク
ロンセパレータ３１のガス排出口３５が、配管３７によ
り可燃ガス供給口３６に接続されている。粒子排出配管
３３は、ガス化室２を出てチャー燃焼室３に入り込むよ
うに構成され、粒子排出口３４は、チャー燃焼室３の流
動床界面の上側に位置するよう構成されている。分離さ
れた粒子ｃは、ガス化室２から粒子排出配管３３を介し
てチャー燃焼室３に直接導入される。

【００４６】よって、ガス化室２の可燃ガス供給口３６
からは、チャー等の粒子ｃが除去された可燃ガスｂが排
出され、後述の発電機５７（図３参照）を駆動するガス
タービン５５（図３参照）に供給される。ガス化室２で
生成された可燃ガスｂから、サイクロンセパレータ３１
によって分離された粒子ｃは、チャー燃焼室３に送ら
れ、チャー中可燃分等が燃焼される。

【００４７】本実施の形態では、サイクロンセパレータ
３１をガス化室２内に配置したので、サイクロンセパレ
ータを炉外に配置した場合に発生する、サイクロンセパ
レータ３１からの外気への放熱がなく、サイクロンセパ
レータへ可燃ガスを導く外部配管、サイクロンセパレー
タからガス化室に分離した粒子を導く外部配管が不要と
なるので、放熱損失を減少させることができる。また、
可燃ガスからの粒子の分離のために、可燃ガスおよび粒
子を、温度が低下する外部配管を通す必要がないので、
温度が低下すると析出するタール分等の液状物質がある
場合においては、温度低下によるトラブル要因を排除で
きる。

【００４８】図３は、本発明の実施の形態に係る統合型
ガス化炉１を複合サイクル発電システムに利用した場合
を示す。

【００４９】本発明の統合型ガス化炉１が圧力容器５０
の中に配され、加圧下で運転される。統合型ガス化炉１
の外壁が圧力容器を兼ねた一体構造であっても良い。ガ
ス化室２で発生した可燃ガスｂは、ガス化室２内のサイ
クロンセパレータ３１によって粒子ｃが分離された後、
集塵装置６３によって灰分が分離された燃焼ガスｕと共
に、助燃室としてのトッピングコンバスタ５３に導かれ
て燃焼し高温ガスｒとなる。集塵装置６３は、サイクロ
ンセパレータ３１と同じ構造であってもよい。高温ガス
ｒはガスタービン５５に供給される。ガスタービン５５
は、通常の燃焼ガスタービンの出力タービン部と同様の
装置であり、パワーリカバリータービンとも呼ばれるも
のである。

【００５０】図に示す、加圧流動床炉による発電システ
ムは、まず加圧下のガス化室２で石炭ａをガス化し、発
生した未燃カーボン（いわゆるチャー）を加圧下のチャ
ー燃焼室３で燃焼するが、このチャー燃焼室３から出た
燃焼ガスｕを集塵装置６３で灰分を分離し、ガス化室２
で生成された可燃ガスｂをガス化室２内のサイクロンセ
パレータ３１で粒子ｃを分離した後、トッピングコンバ
スタ５３で混合燃焼させて高温ガスｒを得て、ガスター
ビン５５を駆動する。サイクロンセパレータ３１で除去
された粒子ｃは、ガス化室２からチャー燃焼室３の流動
床界面の上側に導かれ、チャー中可燃分が燃焼される。

【００５１】この加圧流動床炉による発電システムにお
いて重要なことは、如何にガスタービン５５への流入ガ
スの温度をガスタービン５５側で決まる許容最高温度ま
で高められるかであるが、これを制約する条件として最
も大きいものがガス化室２で生成した可燃ガスｂのクリ
ーニングである。ここでクリーニングとは、例えば脱硫
である。脱硫は例えばガスタービン５５のタービン翼の
保護のために必要である。

【００５２】可燃ガスｂのクリーニングは還元雰囲気で
の脱硫反応の最適温度の関係上、通常４５０℃程度まで
冷却する必要がある。これに対して、ガスタービン５５
の入り口ガス温度は高いほど反応効率が高まるので、で
きるだけ高温にすべきである。現状ではガスタービン構
成材料の耐熱性、耐食性の制約から、１２００℃弱にま
で高めるのが一般的である。即ち、ガスクリーニングの
温度４５０℃からガスタービン入り口温度の１２００℃
まで、ガスの温度を上げられるだけの発熱量を有するこ
とが可燃ガスｂに要求される。

【００５３】なお、ガス化室２とトッピングコンバスタ
５３との間には不図示のサイクロンセパレータを設け、
ガス化室２とこのサイクロンセパレータとの間のガス経
路には、不図示の可燃ガスクーラを設け、可燃ガスｂを
例えば４５０℃程度まで冷却し、さらに典型的には不図
示の脱硫装置を設けてもよい。これはガスタービン５５
の翼の保護のために行われる。なお、チャー燃焼室３か
らのガス経路にはガスクーラや脱硫装置は通常は不要で
ある。それは、炉内には石灰石が投入されまた石灰石は
流動媒体と共に循環しており、チャー燃焼室３はまた酸
素の存在する酸化雰囲気にあるので、硫黄分はＣａＳＯ
_４として除去されるからである。

【００５４】したがって、改良型の加圧流動床炉による
発電システムにおいては、できるだけ少量で、且つ単位
発熱量の高い可燃ガスｂを得る方向でシステムの開発が
進められるべきである。何故ならば、４５０℃でクリー
ニングすべき可燃ガスｂ量が減れば、冷却による顕熱ロ
スが減り、且つ可燃ガスｂに求められる最低必要発熱量
も低くて済む。更に可燃ガスｂの発熱量がガスタービン
入り口の所要のガス温度に上昇させるのに必要な発熱量
以上であれば、燃焼空気比を上げてガスタービン５５に
流入する可燃ガスｂ量を増加させることができるので、
更なる発電効率の向上を期待できるからである。

【００５５】図３のシステムでは、チャー燃焼室３から
の燃焼ガスｕは集塵装置６３で集塵、脱塵された後、ガ
スタービン５５に導かれ動力が回収される。このとき、
燃焼ガスｕは直接ガスタービン５５に導いてもよいが、
この燃焼ガスｕの温度はあまり高くないので、動力回収
の効率は必ずしも高くはない。そこで、ガス化室２で生
成された可燃ガスｂを、ガス化室２内のサイクロンセパ
レータ３１で集塵、脱塵した後、トッピングコンバスタ
５３に導き、ここで燃焼させる。この燃焼は、さきに述
べたチャー燃焼室３からの燃焼ガスｕにとっては助燃と
いうことになる。この燃焼熱により、チャー燃焼室３か
らの燃焼ガスｕは１２００℃（出力タービン部の耐熱温
度によっては１５００℃も可能）程度の高温ガスｒとな
る。この高温ガスｒをガスタービン５５に供給する。こ
のような装置においては、チャー燃焼室３とトッピング
コンバスタ５３を合わせたものが、通常の燃焼ガスター
ビンの燃焼器に相当する。

【００５６】そしてガスタービン５５の回転軸に減速機
を介して、あるいは直接連結された発電機５７を駆動
し、電力を発生する。なお、図の実施の形態では、ガス
タービン５５の回転軸には圧縮機（典型的には軸流空気
圧縮機）５６が直結されており、圧縮空気を発生する。
この圧縮空気は、主としてチャー燃焼室３の燃焼空気と
してチャー燃焼室３に供給される。また一部はトッピン
グコンバスタ５３に供給される。もっともトッピングコ
ンバスタ５３では、通常は、チャー燃焼室３からの排ガ
ス中に残る酸素で可燃ガスｂを燃焼させることができ
る。なお、この実施の形態では、圧力容器５０内は５〜
１０ｋｇ／ｃｍ^２ 程度に加圧される。圧力容器５０内
は、ガスタービン５５の仕様に合わせて、例えば３０ｋ
ｇ／ｃｍ^２程度にまで加圧してもよい。

【００５７】図３の実施の形態では、ガスタービン５５
には、チャー燃焼室３からの燃焼ガスｕとガス化室２か
らの可燃ガスｂとを導くため、これらを一度混合する予
混合室としてもトッピングコンバスタ５３が必要である
が、ガスタービン５５に、ガス化室２からの可燃ガスｂ
だけを導く場合には、ガスタービン５５に付属する不図
示の燃焼器に直接可燃ガスｂを導入してもよい。ガス化
室２からの可燃ガスｂだけを導くばあいは、熱量の高い
ガスを燃料としてガスタービン５５を運転することがで
きる。

【００５８】また、ガスタービン５５から排出された排
気ガスｈは経路１２５を通って廃熱ボイラ５８に導か
れ、その後排気ガス経路１２８を通って不図示の脱硫、
脱硝装置等を介して、不図示の煙突から放出される。

【００５９】一方、廃熱ボイラ５８では排気ガスｈの熱
を回収して、水蒸気ｓを発生する。この水蒸気ｓは水蒸
気配管１２７を通って、蒸気タービン１６２に供給さ
れ、蒸気タービン１６２の回転軸に減速機を介して、あ
るいは直接連結された発電機１６３を駆動し、電力を発
生する。蒸気タービン１６２に供給される水蒸気ｓに
は、伝熱管４１、４２からの水蒸気ｓを含めてもよい。

【００６０】図３に示す複合サイクル発電システムは、
図１に示す実施の形態に係る統合型ガス化炉１を利用し
ているので、サイクロンセパレータ３１からの放熱を防
ぎ、その周囲配管からの放熱損失を大幅に低減すること
ができ、高温ガスｒの温度低下を減少させることができ
る。よって、放熱損失による発電効率の減少を低減させ
ることができる。

【００６１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ガス化室
の内部に設置された分離装置を備え、ガス化室で発生し
たガスと該ガス中の粒子とを分離し、分離された粒子
を、粒子排出管に導かれ排出口からチャー燃焼室に導入
し、粒子が分離されたガスをガス供給口から発電機を駆
動するガスタービンに供給することができる。ガス化室
とチャー燃焼室とは一体に構成されているので、分離し
た粒子をガス化室からチャー燃焼室へ直接搬送すること
ができ、ガス化室とチャー燃焼室の外部を引き回した外
部配管内を搬送する必要がない。よって、分離された粒
子の取扱い上のトラブルが起こりにくく、温度低下が起
こらず、温度低下による系全体の効率の低下、トラブル
の発生を避けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る統合型ガス化炉の基
本的な概念を示す構成図である。

【図２】（Ａ）は、サイクロンセパレータの平面図、
（Ｂ）は正面図である。

【図３】図１の統合型ガス化炉を用いた発電システムの
実施の形態を説明する説明図である。

【図４】サイクロンセパレータを外部に備えた従来の統
合型ガス化炉の説明図である。

【符号の説明】

１ 統合型ガス化炉 ２ ガス化室 ３ チャー燃焼室 ４ 熱回収室 ５ 沈降チャー燃焼室 １０ 統合型ガス化炉 １１、１２、１３、１４、１５ 仕切壁 １９ 天井 ２１、２２、２５ 開口部 ３１ サイクロンセパレータ ３２ 入り口部 ３３ 粒子排出配管 ３４ 粒子排出口 ３５ ガス排出口 ３６ 可燃ガス供給口 ５５ ガスタービン ５７ 発電機 ａ 石炭 ｂ 可燃ガス ｃ 粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１０Ｊ 3/48 Ｃ１０Ｊ 3/48 Ｆ０１Ｋ 23/10 Ｆ０１Ｋ 23/10 Ｔ Ｆ０２Ｃ 3/28 Ｆ０２Ｃ 3/28 7/052 7/052 // Ｆ２３Ｃ 10/02 Ｆ２３Ｃ 11/02 ３１１ (72)発明者 細田 修吾 東京都大田区羽田旭町11−１ 株式会社荏 原製作所内 (72)発明者 徳留 達夫 東京都大田区羽田旭町11−１ 株式会社荏 原製作所内 (72)発明者 青木 克行 東京都大田区羽田旭町11−１ 株式会社荏 原製作所内 (72)発明者 関川 真司 東京都大田区羽田旭町11−１ 株式会社荏 原製作所内 (72)発明者 橋本 裕 東京都大田区羽田旭町11−１ 株式会社荏 原製作所内 (72)発明者 長谷川 竜也 東京都大田区羽田旭町11−１ 株式会社荏 原製作所内 (72)発明者 両角 文明 東京都大田区羽田旭町11−１ 株式会社荏 原製作所内 Ｆターム(参考） 3G081 BA02 BA13 BB00 BC07 BD00 DA22 3K064 AA17 AA20 AB03 AD05 AE04 BA03 BA05 BA13 BA17 BA24

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電用ガスタービンにガスを供給するガ
   ス化装置において；高温の流動媒体を内部で流動させ、
   界面を有するガス化室流動床を形成し、前記ガス化室流
   動床内で石炭を加圧下でガス化するガス化室と；流動媒
   体を内部で流動させ、界面を有するチャー燃焼室流動床
   を形成し、前記ガス化室でのガス化に伴い発生するチャ
   ーを前記チャー燃焼室流動床内で加圧下で燃焼させ前記
   流動媒体を加熱するチャー燃焼室と；前記ガス化室内に
   設置され、前記ガス化室で発生したガスと該ガス中の粒
   子とを分離する分離装置と；前記分離装置によって前記
   粒子の分離された前記ガスを、発電機を駆動するガスタ
   ービンに供給するガス供給口とを備え；前記ガス化室と
   前記チャー燃焼室とは一体に構成されており；前記ガス
   化室と前記チャー燃焼室とは、前記それぞれの流動床の
   界面より鉛直方向上方においてはガスの流通がないよう
   に第１の仕切壁により仕切られ；前記第１の仕切壁の下
   部には前記ガス化室と前記チャー燃焼室とを連通する第
   １の開口部が設けられており、前記第１の開口部を通じ
   て、前記チャー燃焼室側から前記ガス化室側へ前記チャ
   ー燃焼室で加熱された流動媒体を移動させるように構成
   され；前記分離装置は分離された粒子を導く粒子排出管
   を有し、前記粒子排出管の排出口が、前記チャー燃焼室
   に開口している；ガス化装置。
2. 【請求項２】 前記分離装置は、サイクロン式分離装置
   である；請求項１に記載のガス化装置。
3. 【請求項３】 さらに、前記ガス化室と前記チャー燃焼
   室とは、前記それぞれの流動床の界面より鉛直方向上方
   においてはガスの流通がないように第２の仕切壁により
   仕切られ；前記第２の仕切壁の下部には前記ガス化室と
   前記チャー燃焼室とを連通する第２の開口部が設けられ
   ており、前記第２の開口部を通じて、前記ガス化室側か
   ら前記チャー燃焼室側へ流動媒体を移動させるように構
   成された；請求項１または請求項２に記載のガス化装
   置。
4. 【請求項４】 前記ガス化室及び前記チャー燃焼室と一
   体に構成された熱回収室を備え；前記ガス化室と前記熱
   回収室とは、直接的なガスの流通がないように仕切る
   か、または互いに接しないように配置した；請求項１乃
   至請求項３のいずれか１項に記載のガス化装置。