JP2011094078A - 循環流動層式ガス化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス化炉を一方向へ長大化することなく、且つ必要最小限の仕切板を配設するだけで、ガス化炉内部での原料の滞留時間を長くしてガス化反応時間を確保することができ、ガス化性能向上を図り得る循環流動層式ガス化装置を提供する。
【解決手段】ガス化炉２内部における他側に、上端が流動層１上面より高く位置し且つ下端と前記散気板１１との間に出口側連通路１４を有する出口側仕切板１５を配設して出口空間１６を画成し、前記出口側仕切板１５に、該出口側仕切板１５の反出口空間１６側近傍で生じる流動媒体の下降流をガス化炉流動用ガスを噴射することにより抑制する噴射ノズル１７を配設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、循環流動層式ガス化装置に関するものである。

従来より、燃料として、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等の原料を用い、ガス化ガスを生成する循環流動層式ガス化装置の開発が進められている。図２は従来の循環流動層式ガス化装置の一例を示すものであって、該循環流動層式ガス化装置は、前記原料が投入され且つガス化剤を兼ねる水蒸気等のガス化炉流動用ガスにより流動媒体（硅砂等）の流動層１を形成して前記原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉２と、該ガス化炉２で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に抜出ループシール管３を介して導入され且つ空気又は酸素等の燃焼炉流動用ガスにより流動層４を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉５と、該燃焼炉５の燃焼排ガスを抜き出す排ガス配管６途中に設けられ且つ前記燃焼排ガスから流動媒体を分離し該分離した流動媒体を媒体流下管７を介して前記ガス化炉２に供給するサイクロン等の媒体分離装置８とを備えてなる構成を有している。

尚、図２中、９は前記原料をガス化炉２に投入する原料投入管、１０は前記ガス化炉２の底部に形成されたウインドボックス、１１は該ウインドボックス１０へ導入されるガス化炉流動用ガスをガス化炉２内部へ均一に吹き込んで流動層１を形成するための多数の散気ノズル１１ａを有する散気板、１２は前記燃焼炉５の底部に形成されたウインドボックス、１３は該ウインドボックス１２へ導入される燃焼炉流動用ガスを燃焼炉５内部へ均一に吹き込んで流動層４を形成するための多数の散気ノズル１３ａを有する散気板である。

又、前記媒体流下管７の途中にはループシール部７ａが形成され、前記ガス化炉２で生成されたガス化ガスが媒体分離装置８へ逆流しないようにしてある。

前述の如き循環流動層式ガス化装置においては、通常運転時、ガス化炉２において、ガス化剤を兼ねる水蒸気等のガス化炉流動用ガスによりウインドボックス１０の散気板１１上に流動層１が形成されており、ここに原料投入管９から石炭等の原料を投入すると、該原料はガス化され、ガス化ガスと可燃性固形分とが生成され、前記ガス化炉２で生成された可燃性固形分は流動媒体と共に抜出ループシール管３を介し抜き出されて、前記燃焼炉流動用ガスによりウインドボックス１２の散気板１３上に流動層４が形成されている燃焼炉５へ導入され、該可燃性固形分の燃焼が行われ、該燃焼炉５からの燃焼排ガスは、排ガス配管６を介して媒体分離装置８へ導入され、該媒体分離装置８において、前記燃焼排ガスから流動媒体が分離され、該分離された流動媒体は媒体流下管７を介して前記ガス化炉２に戻され、循環される。

ここで、前記燃焼炉５で可燃性固形分の燃焼に伴い高温になった流動媒体が燃焼排ガスと共に排ガス配管６を通り前記媒体分離装置８で分離され、前記媒体流下管７を介してガス化炉２に供給されることにより、ガス化炉２の高温が保持されると共に、原料の熱分解によって生成したガスや、その残渣原料が水蒸気と反応することによって、水性ガス化反応［Ｃ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ］や水素転換反応［ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ₂］が起こり、Ｈ₂やＣＯ等の可燃性のガス化ガスが生成される。

前記ガス化炉２で生成されたガス化ガスは、図示していないサイクロン等の媒体分離装置で煤塵等が分離除去された後、化学プラント或いはガスタービン等に供給される一方、前記媒体分離装置８で流動媒体が分離された燃焼排ガスは、排ガス処理設備へ送られる。

因みに、前記循環流動層式ガス化装置における通常運転中の熱量不足時、即ち前記ガス化炉２において原料のガス化のための充分な熱が得られないような場合には、前記ガス化炉２へ供給される原料と同じ石炭等の燃料が補助的に前記燃焼炉５へ投入されて燃焼が行われ、不足する熱を補うようになっている。又、前記循環流動層式ガス化装置における通常運転に到る前段階での循環予熱運転時には、前記ガス化炉２への原料の投入は行わずに、該ガス化炉２の底部から水蒸気の代わりに流動用の空気を供給した状態で、前記石炭等の燃料が予熱用として前記燃焼炉５へ投入されて燃焼が行われ、該燃焼炉５での燃料の燃焼に伴い高温になった流動媒体が燃焼排ガスと共に排ガス配管６を通り前記媒体分離装置８で分離され、前記媒体流下管７を介してガス化炉２に供給されることにより、循環流動層式ガス化装置の循環予熱が行われるようになっている。

尚、前述の如き循環流動層式ガス化装置と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特開２００７−１１２８７３号公報

ところで、前述の如き従来の循環流動層式ガス化装置の場合、前記原料を原料投入管９からガス化炉２内部の一側（上流側）に投入すると共に、前記媒体分離装置８で分離された流動媒体を媒体流下管７を介してガス化炉２内部の一側に戻し、該ガス化炉２内部の流動媒体及び可燃性固形分を前記ガス化炉２の他側（下流側）に接続された抜出ループシール管３から抜き出して燃焼炉５へ導入する構造となっており、流動層１の表層での流動媒体の水平方向移動速度が底部より速くなっているが、石炭等の原料は珪砂等の流動媒体より比重が小さく、前記流動層１の表層での流動媒体の流れに乗りやすくなっているため、ガス化炉２内部での原料の滞留時間が短くなってガス化反応時間を確保できず、ガス化性能の低下につながる虞があった。

前記ガス化炉２内部での原料の滞留時間を長くして、該原料のガス化反応時間を確保するためには、ガス化炉２の一側から他側に向かう方向の長さを長くする必要があるが、該ガス化炉２の長さを長くすると、製作費や改修費が嵩むと共に、設置スペースも広くする必要があり、好ましくなかった。

一方、特許文献１に開示されたものは、ガス化炉の一側と他側との間に、鉛直な仕切板を所要の間隔で多数配置してガス化炉内部の一側から他側に向け上下で曲折したジグザグ状の湾曲流路を形成することにより、ガス化性能の低下を回避しようとするものであるが、高温となるガス化炉内部に多数の仕切板を配設することは現実問題として非常に難しく、改善の余地が残されていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、ガス化炉を一方向へ長大化することなく、且つ必要最小限の仕切板を配設するだけで、ガス化炉内部での原料の滞留時間を長くしてガス化反応時間を確保することができ、ガス化性能向上を図り得る循環流動層式ガス化装置を提供しようとするものである。

本発明は、ガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して投入される原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に導入され且つ燃焼炉流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉と、該燃焼炉の燃焼排ガスから流動媒体を分離し該分離した流動媒体を前記ガス化炉に戻す媒体分離装置とを備えた循環流動層式ガス化装置において、
前記ガス化炉の一側に接続され且つ前記原料をガス化炉に投入する原料投入管と、
前記ガス化炉の一側に接続され且つ前記媒体分離装置で分離された流動媒体をガス化炉に戻す媒体流下管と、
前記ガス化炉の他側に接続され且つ前記ガス化炉内部の流動媒体及び可燃性固形分を抜き出して前記燃焼炉へ導入する抜出ループシール管と、
前記ガス化炉内底部に設置され且つガス化炉流動用ガスをガス化炉内部へ吹き込んで流動層を形成する散気板と、
上端が流動層上面より高く位置し且つ下端と前記散気板との間に出口側連通路を有するようガス化炉内部における他側に配設されて出口空間を画成する出口側仕切板と、
該出口側仕切板の反出口空間側近傍で生じる流動媒体の下降流をガス化炉流動用ガスを噴射することにより抑制するよう前記出口側仕切板に配設される噴射ノズルと
を備えたことを特徴とする循環流動層式ガス化装置にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

前述の如き循環流動層式ガス化装置では、流動層の表層での流動媒体の水平方向移動速度が底部より速くなっており、石炭等の原料は珪砂等の流動媒体より比重が小さく、前記流動層の表層での流動媒体の流れに乗りやすくなっているが、前記原料は、出口側仕切板に沿って流下し、該出口側仕切板下端と散気板との間の出口側連通路から出口空間を経て、抜出ループシール管へ排出される形となることから、前記ガス化炉の他側の上部から原料が短時間で出て行ってしまうことがなくなり、ガス化炉内部での原料の滞留時間が長くなり、該原料のガス化反応時間を確保することが可能となり、ガス化炉の一側から他側に向かう方向の長さを長くしなくて済み、これにより、製作費や改修費が抑えられると共に、設置スペースも広くする必要がなくなる。

ここで、仮に、前記出口側仕切板を単に設けただけでは、該出口側仕切板に沿って流下する原料を含む流動媒体の下降速度が速くなってしまうが、前記出口側仕切板には噴射ノズルを配設してあるため、該噴射ノズルから噴射されるガス化炉流動用ガスにより出口側仕切板の反出口空間側近傍で生じる流動媒体の下降流が抑制され、ガス化炉内部での原料の滞留時間を更に延長させる上で有効になると共に、前記噴射ノズルから噴射されるガス化炉流動用ガスにより原料のガス化が更に促進される形となる。

前記循環流動層式ガス化装置においては、前記ガス化炉内部における一側に、上端が流動層上面より高く位置し且つ下端と前記散気板との間に入口側連通路を有する入口側仕切板を配設して入口空間を画成し、該入口空間上部に、前記原料投入管からの原料と前記媒体流下管からの流動媒体とを投入するよう構成することができ、このようにすると、前記原料投入管からの原料と前記媒体流下管からの流動媒体とが、入口側仕切板によって画成された入口空間に投入され、ガス化炉の底部における入口側連通路を通過する形となるため、前記原料投入管からの原料が流動層の表層での流動媒体の流れに直接乗ってしまうことを避ける上でより有効となる。

本発明の循環流動層式ガス化装置によれば、ガス化炉を一方向へ長大化することなく、且つ必要最小限の仕切板を配設するだけで、ガス化炉内部での原料の滞留時間を長くしてガス化反応時間を確保することができ、ガス化性能向上を図り得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施例を示す全体概要構成図である。 従来の循環流動層式ガス化装置の一例を示す全体概要構成図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施例であって、図中、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図２に示す従来のものと同様であるが、本実施例の特徴とするところは、図１に示す如く、ガス化炉２内部における他側に、上端が流動層１上面より高く位置し且つ下端と前記散気板１１との間に出口側連通路１４を有する出口側仕切板１５を配設して出口空間１６を画成し、前記出口側仕切板１５に、該出口側仕切板１５の反出口空間１６側近傍で生じる流動媒体の下降流をガス化炉流動用ガスを噴射することにより抑制する噴射ノズル１７を配設した点にある。

本実施例の場合、前記ガス化炉２内部における一側に、上端が流動層１上面より高く位置し且つ下端と前記散気板１１との間に入口側連通路１８を有する入口側仕切板１９を配設して入口空間２０を画成し、該入口空間２０上部に、原料投入管９からの原料と媒体流下管７からの流動媒体とを投入するよう構成してある。

尚、前記出口側仕切板１５は、鉛直方向へ延びる出口側仕切板本体１５ａと、該出口側仕切板本体１５ａの流動層１上面より高く位置する上端からガス化炉２の他側壁面へ延びるシール部１５ｂとからなる耐火材によって形成し、前記出口側仕切板本体１５ａ及びシール部１５ｂの内部には、ガス化剤を兼ねる水蒸気等のガス化炉流動用ガスの流路を形成して前記噴射ノズル１７へガス化炉流動用ガスを供給可能としてある。但し、前記ガス化炉２と燃焼炉５との間は抜出ループシール管３によって接続してあるため、前記出口側仕切板１５におけるシール部１５ｂは必ずしも設ける必要はなく、前記出口側仕切板本体１５ａのみとして、該出口側仕切板本体１５ａへ直接ガス化炉流動用ガスを導入するようにしても良いことは言うまでもない。

次に、上記実施例の作用を説明する。

前述の如き循環流動層式ガス化装置では、流動層１の表層での流動媒体の水平方向移動速度が底部より速くなっており、石炭等の原料は珪砂等の流動媒体より比重が小さく、前記流動層１の表層での流動媒体の流れに乗りやすくなっているが、前記原料は、出口側仕切板１５に沿って流下し、該出口側仕切板１５下端と散気板１１との間の出口側連通路１４から出口空間１６を経て、抜出ループシール管３へ排出される形となることから、前記ガス化炉２の他側の上部から原料が短時間で出て行ってしまうことがなくなり、ガス化炉２内部での原料の滞留時間が長くなり、該原料のガス化反応時間を確保することが可能となり、ガス化炉２の一側から他側に向かう方向の長さを長くしなくて済み、これにより、製作費や改修費が抑えられると共に、設置スペースも広くする必要がなくなる。

ここで、仮に、前記出口側仕切板１５を単に設けただけでは、該出口側仕切板１５に沿って流下する原料を含む流動媒体の下降速度が速くなってしまうが、前記出口側仕切板１５には噴射ノズル１７を配設してあるため、該噴射ノズル１７から噴射されるガス化炉流動用ガスにより出口側仕切板１５の反出口空間１６側近傍で生じる流動媒体の下降流が抑制され、ガス化炉２内部での原料の滞留時間を更に延長させる上で有効になると共に、前記噴射ノズル１７から噴射されるガス化炉流動用ガスにより原料のガス化が更に促進される形となる。

しかも、本実施例においては、前記ガス化炉２内部における一側に、上端が流動層１上面より高く位置し且つ下端と前記散気板１１との間に入口側連通路１８を有する入口側仕切板１９を配設して入口空間２０を画成し、該入口空間２０上部に、前記原料投入管９からの原料と前記媒体流下管７からの流動媒体とを投入するよう構成してあるため、前記原料投入管９からの原料と前記媒体流下管７からの流動媒体とが、入口側仕切板１９によって画成された入口空間２０に投入され、ガス化炉２の底部における入口側連通路１８を通過する形となるため、前記原料投入管９からの原料が流動層１の表層での流動媒体の流れに直接乗ってしまうことを避ける上でより有効となる。

こうして、ガス化炉２を一方向へ長大化することなく、且つ必要最小限の仕切板を配設するだけで、ガス化炉２内部での原料の滞留時間を長くしてガス化反応時間を確保することができ、ガス化性能向上を図り得る。

尚、本発明の循環流動層式ガス化装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 流動層
２ ガス化炉
３ 抜出ループシール管
４ 流動層
５ 燃焼炉
７ 媒体流下管
８ 媒体分離装置
９ 原料投入管
１４ 出口側連通路
１５ 出口側仕切板
１６ 出口空間
１７ 噴射ノズル
１８ 入口側連通路
１９ 入口側仕切板
２０ 入口空間

Claims (2)

1. ガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して投入される原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に導入され且つ燃焼炉流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉と、該燃焼炉の燃焼排ガスから流動媒体を分離し該分離した流動媒体を前記ガス化炉に戻す媒体分離装置とを備えた循環流動層式ガス化装置において、
   前記ガス化炉の一側に接続され且つ前記原料をガス化炉に投入する原料投入管と、
   前記ガス化炉の一側に接続され且つ前記媒体分離装置で分離された流動媒体をガス化炉に戻す媒体流下管と、
   前記ガス化炉の他側に接続され且つ前記ガス化炉内部の流動媒体及び可燃性固形分を抜き出して前記燃焼炉へ導入する抜出ループシール管と、
   前記ガス化炉内底部に設置され且つガス化炉流動用ガスをガス化炉内部へ吹き込んで流動層を形成する散気板と、
   上端が流動層上面より高く位置し且つ下端と前記散気板との間に出口側連通路を有するようガス化炉内部における他側に配設されて出口空間を画成する出口側仕切板と、
   該出口側仕切板の反出口空間側近傍で生じる流動媒体の下降流をガス化炉流動用ガスを噴射することにより抑制するよう前記出口側仕切板に配設される噴射ノズルと
   を備えたことを特徴とする循環流動層式ガス化装置。
2. 前記ガス化炉内部における一側に、上端が流動層上面より高く位置し且つ下端と前記散気板との間に入口側連通路を有する入口側仕切板を配設して入口空間を画成し、該入口空間上部に、前記原料投入管からの原料と前記媒体流下管からの流動媒体とを投入するよう構成した請求項１記載の循環流動層式ガス化装置。

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