JPS6088091A - 噴流層石炭ガス化炉の運転方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は噴流層石炭ガス化炉に係り、特に、スラグタッ
プ付近がスラグにより閉塞することなしに、安定して運
転するのに好適な噴流層石炭ガス化炉の運転方法及び装
置に関する。

〔発明の背景〕

石炭ガス化は石炭利用拡大の新方式として注目され、ま
た、ガス化による複合発電（ガスタービンと蒸気タービ
ンの組合せによる発電システム）は近い将来、熱効率や
発電コスト、環境対策面での有効性が期待されている。

ガス化炉には、流動層式、移動層式、噴流層式等がある
が、この中で噴流層方式は、他に比べて炉内温度が高い
ため、ガス化効率が高くでき、さらに、大容量化も可能
でアシ、発電用ガス化炉として好適である。

噴流層では、石炭を微粉化し酸化剤の酸素、空気等と共
にバーナによシ炉内に噴霧状態で吹込み石炭をガス化す
る。この際、主に部分酸化反応により、−酸化炭素、水
素等を主成分とする低カロリーガスを発生させる。そし
て、炉内を石炭中に含まれた灰分の流動温度以上に昇温
し、石炭灰を溶融状態のスラグ（以後単にスラグと呼ぶ
）とする。この状灰分（スラグ）は、未燃分をほとんど
含有せず、また、冷却するとガラス状となり、有害物の
排出がなくまた、フライアッシュに比べ容積が少ないた
め、廃棄処分に適している。灰の含有量、流動温度は石
炭の種類に大きく左右され、また、流動温度は石炭にＣ
ａＯ等の添加剤を加えることにより低下する。スラグは
、炉内のあらゆる部分に付着、あるいは、気流中に浮遊
する。特に、炉内に旋回流を形成した場合、遠心力によ
り、ガス流れと分離し、炉壁に付着する割合が高くなる
。ある一定量炉壁に付着すると、スラグは液状でるるた
め、重力により炉壁を伝わって流下し炉底部に設置され
た開口部（スラグタップ孔）よシ炉外に排出される。炉
壁に付着したスラグは炉壁の表面で、特定の厚みを持っ
て保持される。この厚みは、石炭灰の種類、炉内の温度
、炉壁の温度によって大きく異なる。

この状態で定常運転が行なわれるが、特に、始動時及び
停止時にスラグタッグにおいて、閉塞状態が生じる。こ
こでスラグが溶融状態で抜き出されないため、スラグが
炉底部に蓄積し、バーナ出口を閉塞させたり、炉の体積
減少により微粉炭の滞留時間が減少してガス化効率を低
下させる。それゆえ、特別の装置を設置して閉塞状態を
回避する試みが行なわれて来た。

スラグタッグの構造は、スラグ排出孔に向けて僅かに傾
け、炉底部のスラグの溜まりを減少させる構造、スラグ
排出孔の上縁を提状に高くシ、逆に、炉底部に溜まりを
作り、オーバーフローにより排出させる構造、等が提案
されて来た。しかし、スラグタッグ孔の温度は、ガス化
による発熱で炉内より供給される熱量とスラグタップ孔
下部の一般に冷却されたスラグ回収部、及びその周辺に
放出される熱量とのバランスで決まり、スラグタップ孔
下部の温度は炉内の温度に比べて低くなる。

従って、スラグタップ孔下部でスラグが塊状に固化し、
スラグタップ全体の閉成状況を惹き起こすという問題が
あった。そこで、スラグタップ下面の昇温手段が考案さ
れた。

バーナを用いて、付加的燃料、生成ガス等を燃焼させて
その燃焼熱で加熱させるもの、電気的手段として高温用
ヒータ、高周波炉等を用いるものなどが案出され、定常
運転時の閉塞はほぼ回避された。しかし、長時間運転し
た後停止させた場合、次に起動させる時点では、未だ、
閉塞状態が生じている。これは、特に、発電用のガス化
炉のように起動、停止を度々行なう場合大きな障害とな
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、スラグタッグ付近でスラグによりスラ
グタッグ孔が閉塞することなしに安定して運転するのに
好適な噴流層石炭ガス化炉の運転方法及び装置を提供す
るにある。

〔発明の概要〕

運転始動時にスラグタップが閉塞する原因は、スラグタ
ップの下面の温度がスラグを定常的に流しうる温度にな
るまえに、停止時に炉壁に付着したスラグが急昇温によ
り一挙に流れ出すためであり、従って運転始動時のスラ
グタッグの閉塞を回避するためには、運転停止時に炉壁
に付着したスラグを完全に流出させておくことが有効で
あることを筆者等は発見した。

このため、以下に示す装置を噴流層石炭ガス化炉に設置
した。

（１）　石炭のような灰分を含む燃料を供給せずにスラ
グの流動点以上の温度を維持しうる補助燃料等の燃焼バ
ーナ、またはそれに類する保温装置。

（２）スラグがスラグタップを通過し滴下していること
を検知する装置。

０）スラグタッグの上下面の温度を計測しうる装置。

これらの装置により第１図に示す運転方法によシ操作を
行なう。

すなわち、稼動時には、石炭供給量を設定値に対して１
００％供給する。そして補助燃料を、スラグタップ上、
下面の温度がスラグの流動温度以上に維持しうる量だけ
供給する。この時、スラグ流下量は定常的な値を示す。

運転を停止した時（第１図における条件ｌ）、石炭供給
量は設定値に対し０チにするが、石炭のガス化によって
供給する熱量が失なわれるので、スラグタップの温度を
スラグの流動温度以上に維持するために、補助燃料の供
給量は最大（１００％）に設定する。

スラグが炉内から完全に流れ出した時（第１図における
条件２）、補助燃料の供給量は０％とする。

再起動時（第１図における条件３）には、補助燃料の供
給量全最大（１００％）とし昇温する。

そして、スラグタッグ上、下面の温度がスラグの流動温
度以上になった時点（第１図における条件４）で石炭の
供給を開始する。この時点では石炭による熱量の供給が
行なわれるため、スラグタップ下面の温度が、スラグの
流動温度以上に維持する程度まで補助燃料の供給量を減
少させる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を＠２図ないし第４図により説
明する。

第２図は、本発明の全体のフローを示す。全体は、石炭
等の供給系、石炭ガス化炉本体、生成ガス清浄装置、ス
ラグ排出装置によシ成る。

石炭供給系は、ロックホッパ一方式を採用する。

石炭は、ガス化に適当な粒度分布に粉砕され微粉炭ｌと
される。そして、加圧用ホッパー２に貯えられ、ホッパ
ーの圧力は炉内圧よりやや高い値まで力日圧される。供
給用ホッパー３も加圧ホッパーと等しい圧力に加圧され
る。インジェクションフィーダ９には、搬送用気体の窒
素４が調節計８によシ適正な値に制御され送られる。供
給用ホッパー３から供給された微粉炭ｌは搬送用窒素４
とインジェクションフィーダ９で混合され、気流輸送に
より微粉炭バーナ１６に送られる。調節計１２により調
節されたガス化剤（酸素又は空気）６と微粉炭１が微粉
炭バーナ６で混合され、ガス化炉１７の内部に吹き込オ
れる。

補助燃料５は調節計１０．１１によって調整され、補助
燃料用バーナ１８，１９に供給される。

この補助燃料用の調節計１０．１１は丸木発明の運転方
法に基づき制御する制御装置２６によって操作される。

補助燃料用バーナ１８．１９に用いる酸素６は、前述し
た補助燃料用の調節計１Ｏ１１１と同様に制御装置２６
によって操作される調節計１３．１４によシ供給量が調
整される。補助燃料５と酸素６は、補助燃料用バーナ１
８，１９で混合され、ガス化炉１７の内部に吹込まれる
。

補助燃料用バーナ１８，１９はスラグタッグ２０の上下
面を保温すべく隣接して設置する。

スラグ排出器２１はガス化炉本体１７の直下に設置され
る。スラグ貯蔵器２１には、定期的に冷却水３９が加圧
ポンプ２４によって送られる。そして、スラグ貯蔵器２
１のスラグ２３がある量に達すると、スラグ排出器２２
に移す。ガス化炉１７内で蒸発し失なわれた水はここで
補給される。

ガス化炉１７で発生した生成ガス３８は未燃チャーを含
むので、粗粒子補集用高温サイクロン２８及び、微細粒
子用低温サイクロン３５により未燃チャーを取シ除く。

未燃チャーは、加圧用チャーホッパ２９．３６に貯えら
れ、供給用ホッパー３０に移される。そして未燃チャー
はチャー用インジェクションフィーダ３１で、調節計７
により供給量が調整された搬送用気体（窒素）４と混合
される。さらに、未燃チャーは、調節計１５で供給量が
調整された酸素６と共に、チャー用バーす３２で供給さ
れる。

生成ガス３８に含まれた硫黄分４０は、脱硫装置３７に
よシ取り除かれる。

次に、第３図及び第４図によりガス化炉本体のスジゲタ
ツブ及びその周辺を説明する。

微粉炭バーナ１６は、第４図に示されるように、炉の中
心に対して円周方向に特定の角度だけ傾けて配置される
。これにより、時計方向に旋回流れが生じる。補助燃料
供給用バーナ１８，１９は、スラグタップ２０の特に開
孔部を保温すべくガス化炉の中心部に向けられスラグタ
ップ２０の上下面に接するよう設置される。温度計測装
置３３゜３４はスラグタップ２０の上面及び下面の、特
に、開孔部に近い位置に設置される。スラグ流下検知装
置２５は、スラグタッグ２０の開孔部に向けてスラグタ
ッグ２０の下部に設置される。ガス化炉１７の底部には
、スラグ冷却用の水溜めが設置される。

この装置を用いて本発明の運転方法を、第１図ないし第
４図を用いて説明する６定常運転時は、微粉炭バーナ１
６より微粉炭ｌが搬送用気体（窒素）５、ガス化剤（酸
素）６と共に、ガス化炉本体１７に送られ、微粉炭ｌは
ガス化剤６によりガス化され、Ｈ２、ＣＣＩ主成分とす
る生成ガス３８となシ、同時に高熱を発生する。石炭中
に含まれた灰分は溶融して溶融灰（スラグ）となシ、炉
壁に付着し、壁を伝って流下する。

スラグはスラグタッグ上部に溜甘り、スラグタップ２０
の開孔部を伝って流下する。この際、流下するスラグの
温度は、スジゲタツブ上面では温度測定装＃３３で、ス
ラグタッグ下面では温度測定装置３４でそれぞれ測定さ
れる。この制御装置２６では以下に示す操作を行なう。

この測定された温度を、ガス化に使用する石炭１に含ま
れた灰分が流動温度以上となるように、補助燃料バーナ
１８．１９の補助燃料５及び酸素６を供給する。

すなわち、スラグタップ２０の上面の温度を計測する温
度測定装置３３の値が、スラグが流動温度以下になった
ら、補助燃料バーナ１８の補助燃料５及び酸素６の供給
量を増し、スラグの溶融温度以上になったら減少させる
。この操作をスラグタッグ２０の下面についても行なう
。

スラグの流下量は、スラグ流下検知装置２５により監視
する。この装置はスラグタッグ２０の下部から滴下する
スラグの滴下頻度、大きさ、形状等を観測することによ
シ、流下量を計測する。

次に、石炭バーナ１６から微粉炭１及び酸素６の供給を
停止した時（第１図における条件ｌ）、微粉炭１のガス
化反応による熱量の供給が失なわれるので、補助燃料５
及び酸素６の供給量を増し、スラグタップ２０の上、下
面の温度をスラグの流動温度以上に保つ。そして、スラ
グ流下検知装置２５でスラグが検出されなくなった時点
（第１図における条件２）で、補助燃料５及び酸素６の
供給量を停止する。

再起動時（第１図における条件３）には、補助燃料５及
び酸素６の供給量は、スラグタッグ２゜の上、下面の温
度計測装置３３．３４で示される温度が適切な速度で昇
温するように調整する。そして、スジゲタツブ２０の上
、下面の温度計測装置３３．３４で示される温度が、ス
ラグの流動温度に達した時（第１図における条件４）に
、微粉炭バーナ１６から微粉炭１及び酸素６の供給を開
始する。

本発明で用いる補助燃料４には、生成ガス、水素、メタ
ン等の気体燃料、重油等の液体燃料が可能である。また
、スラグタッグ２０の加熱には、電気炉、高周波炉等を
用いることができる。また、温度測定装置３３．３４は
、輻射温度計、熱電対等の使用が可能である。ここで輻
射温度計番用いた場合、スラグタッグ上、下面を監視し
うる覗き窓を設け、そこに輻射−雇計を設置する必要が
ある。スラグタップ２０の開孔部の形状は、傾斜したも
の、堰整設けたものなど荏意の形状でよい。

スラグ流下量の検知装置は、スジゲタツブ２０の下部を
ビデオカメラに写し、画像処理を行ない、滴下量を計測
する方法、また、滴下する頻度を計測することにより、
滴下量ヲ計揃する方法等が可能でるる。

本実施によれば、炉壁に固着したスラグ全完全に取り除
いた後に、停止するので、再起動時に昇温速度を速くで
きる利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スラグタッグ孔を閉塞させることなし
に、噴流層石炭ガス化炉の停止、起動を行なうことがで
きるので、噴流層石炭ガス化炉の運転が安定的にできる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するフローチャート、第２
図は本発明の一実施例の噴流層石炭ガス化炉の断面図、
第３図は第２図の■−■矢視図ご伽り狛り１ｆ幡氾丙２
−２Ｎ９ｕ吋ωｍ？”あう。 １６・・・微粉炭バーナ、１７・・・噴岬層石炭ガス化
炉、１８．１９・・・スラグ昇温用バーナ、２０・・・
スラグタップ、２５・・・スラグ流下状況観測装置、３
２・・・サイクロン補収チャー供給バーナ、３３．３４
・・・スラグタッグ温度測定装置。 代理人　弁理士　高橋明夫 第　ｌ　口 条件ｌ　２　３４ 第１頁の続き ＠発明者　戸室　仁−日立市や 所内 ＠発明者　矢荻　捷夫　日立市幸Ｉ 所内 ＠発明者　日中　真二　日立市や 所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、石炭中の灰分か流動化する温度以上で石炭をガス化
   し、石炭灰企液体状の溶融灰とし、炉底の開孔部の径を
   炉径に比べて小さくした絞り部より抜き出す噴流層石炭
   ガス化炉の運転方法において、灰分を発生しない補助燃
   料を酸化剤と共に供給するバーナを前記絞り部の上、下
   面及び上、下面に近接した空間を昇温可能な位置に設置
   し、前記溶融灰が前記絞り部より流下する量を測定し、
   前記絞り部の上面に接した位置及び前記絞り部の下面に
   接した位置の温度を計測し、前記石炭の供給を停止して
   から前記溶融灰の流下確認装置が前記溶融灰の流下を確
   認しなくなるまでの間は、前記測定温度が前記溶融灰の
   流動点以上の温度を維持するように、前記バーナの補助
   燃料の供給量を増減し、起動時及び再起動時には、前記
   バーナの前記補助燃料を供給し、前記測定温度が前記溶
   融灰の流動点以上の温度に達した後に石炭を供給して起
   動することを特徴とする噴流層石炭ガス化炉の運転方法
   。 ２、石炭中の灰分を流動化する温度以上で前記石炭をガ
   ス化し、石炭灰を液体状の溶融灰として炉底の開孔部の
   径を炉径に比べて小さくした絞り部より抜き出す噴流層
   石炭ガス化装置において、灰分を発生しない補助燃料を
   酸化剤と共に供給しスラグタッグの上、下面及び上、下
   面に近接した空間を昇温可能な位置に設置したバーナと
   、スラグが前記スラグタッグより流下する量を測定する
   計測装置と、前記スラグタッグの上面に接した位置及び
   前記スラグタッグの下面に接した位置の温度の計測装置
   とからなることを特徴とする噴流層石炭ガス化炉の運転
   装置。