CN103717714A - 气化系统 - Google Patents

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Abstract

一种气化系统（1），其通过也可适用于已有的气化炉的简单结构，能够进行灰分少的炭质固体燃料的稳定的气化，增加可使用的炭质固体燃料的种类。煤气化系统（1）包括：煤气化炉（2），其使作为炭质固体燃料的例如煤炭与气化剂（例如空气、氧）一起在炉内反应，从煤炭生成可燃性气体；微粉炭供应装置（15）（固体燃料供应机构），其将煤炭制成微粉状，向煤气化炉（2）投入；灰分供应装置（20）（灰分供应机构），其向煤气化炉（2）的内部投入煤炭（微粉炭）的灰分。灰分供应装置（20）构成为，作为所述灰分，将微粉炭在煤气化炉（2）内被气化时生成而排出的炉渣向煤气化炉（2）内进行再投入。炉渣在燃烧室（4）内熔融而成为熔融炉渣（S），附着在燃烧室（4）的内壁，起到耐火材料的作用。

Description

气化系统
技术领域
本发明涉及一种对炭质固体燃料进行气化，生成可燃性的气体燃料的气化系统，特别涉及一种能够提高燃烧室的耐热性的气化系统。
背景技术
如专利文献1、2等公开，已知有对煤炭等炭质固体燃料进行气化，生成可燃性的气体燃料的气化系统。在这样的气化系统中，对进行气化的气化炉已提出有固定层方式、流动层方式、气流层方式等各种方式。在这些方式中，气流层方式将固体燃料制成微粉，与氧、空气等气化剂一起向燃料灰的熔点以上的温度（大约1300～1800℃）的炉内供应，使其进行反应，将燃料中的可燃成分转换成气体，将灰分转换成炉渣，所以与其它方式相比，具有气化效率高，适用炭种广，环境适合性良好等特征，适合用于合成气体、复合发电、燃料电池等的燃料以及原料制造，在国内外推进着开发。
在这样的气流层方式等的气化炉中，在对炭质固体燃料进行气化时，燃烧室（炉）的温度达到最高1800℃的高温。该温度是接近形成燃烧室的内壁面的耐火材料的耐热极限的温度。因此，这种情况危害燃烧室的耐久性，所以使在炭质固体燃料的气化时灰分熔化而产生的熔融炉渣附着在燃烧室的内壁面，将熔融炉渣自身作为燃烧室的耐热材料加以利用。换言之，燃烧室的耐热性，以熔融炉渣附着在燃烧室的内壁面的状态作为基准进行设计。
但是，在专利文献1、2公开的气化炉中，均将灰分从生成气体分离、收集，以除去包含在与从炭质固体燃料生成的气体一起放出的灰分（炭、烟灰）中的未燃烧炭成分，再将所述灰分再次投入到气化炉，由此，使未燃烧成分再燃烧。
另一方面，对在气化炉生成的炉渣（炭灰的灰分在高温的气化炉熔化，落入气化炉下部的水中急速冷却，由此以玻璃状凝固，粒状地排出的物体），均将其直接向外部排出，进行适当的处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：（日本）特开昭62-125891号公报
专利文献2：美国专利第000001325H号说明书
发明内容
发明要解决的技术问题
如前所述，气化炉的燃烧室的耐热性，以熔融炉渣附着在燃烧室的内壁面的状态作为基准进行设计。因此，如果供应灰分少的炭质固体燃料，向燃烧室的内壁面的熔融炉渣的附着量不足，有可能降低燃烧室的耐热性。因此，在以往的气化系统（气化炉）中，难以将灰分少的炭质固体燃料气化，能够使用的炭质固体燃料的种类受限。
为了能够使灰分少的炭质固体燃料进行气化，必须提高燃烧室的冷却性，需要采用复杂的冷却结构，所以存在气化炉的新装、已有的气化炉的改造困难的问题。进一步地，由于采用冷却结构，还存在气化系统整体的热效率降低的缺点。
本发明鉴于上述技术问题，旨在提供一种气化系统，其通过也可适用于已有的气化炉的简单结构，能够进行灰分少的炭质固体燃料的稳定的气化，增加可使用的炭质固体燃料的种类。
解决技术问题的技术方案
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
即，本发明涉及的气化系统的第一形态是，包括：气化炉，其使炭质固体燃料与气化剂一起在炉内发生反应，从所述炭质固体燃料生成可燃性气体；固体燃料供应机构（微粉炭供应装置），其将所述炭质固体燃料制成微粉状，向所述气化炉投入；灰分供应机构（灰分供应装置），其向所述气化炉的内部投入炭原料的灰分。
根据所述第一形态，被制成微粉状的炭质固体燃料从固体燃料供应机构被投入到气化炉，并且，炭原料的灰分从灰分供应机构被投入到气化炉。然后，炭质固体燃料在气化炉内与气化剂一起反应时，通过向气化炉投入灰分，炭质固体燃料的反应后作为整体灰分生成的熔融炉渣的量增加。所述增加的熔融炉渣附着在高温的气化炉的燃烧室内壁，起到燃烧室的耐热材料的作用。
因此，即使炭质固体燃料本来具有的灰分少，所述少量灰分能够通过从灰分供应机构投入的灰分补充，总灰分量，即，在燃烧室的内部熔融而附着在燃烧室的内壁面的熔融炉渣的量增加，能够提高燃烧室的耐热性。因此，即使是灰分少的炭质固体燃料，也能够将其稳定地气化，由此，增加能够使用的炭质固体燃料的种类。
此外，本发明涉及的气化系统的第二形态是，所述第一形态的所述灰分供应机构构成为，作为所述灰分，将所述炭质固体燃料在所述气化炉内被气化时生成而排出的灰分向所述气化炉内进行再投入。
根据所述第二形态，在气化炉生成的炭质固体燃料的灰分一旦从气化炉排出之后，再次被投入到气化炉，所以变成，与正在气化炉的内部反应的炭质固体燃料的灰分相同的灰分被再次投入到气化炉。因此，灰分的再投入不容易导致气化炉内部的反应条件改变。而且，附着在燃烧室的内壁面的熔融炉渣的流动状态不变，所以能够进行预想范围内的运转，进行稳定的气化。
此外，本发明涉及的气化系统的第三形态是，所述第一形态的所述灰分供应机构构成为，作为所述灰分，能够将在其它燃烧系统生成的灰分向所述气化炉投入。
此外，本发明涉及的气化系统的第四形态是，所述第一形态的所述灰分供应机构构成为，作为所述灰分，能够将所述炭质固体燃料在所述气化炉内被气化时生成而排出的灰分和在其它燃烧系统生成的灰分双方向所述气化炉投入。
根据所述第三、第四形态，即使在气化炉的运转开始时或者炭质固体燃料的灰分显著得少时这样的难以在燃烧室的内壁面附着熔融炉渣的情况下，也能够通过将在其它燃烧系统生成的灰分投入到气化炉，补充熔融炉渣的不足。因此，能够继续进行稳定的气化。
在所述第四形态中，优选地，被投入到所述气化炉的所述灰分，相对于所述炭质固体燃料的投入量按重量比是2～50%。
通过上述方式，使被投入到气化炉的灰分的量适当，由此，能够提高燃烧室的内壁面的耐热性，进行稳定的气化，并且，混入生成的可燃气体的灰分的量少，能够使可燃气体和灰分的分离容易。
此外，本发明涉及的气化系统的第五形态是，在所述第一至第四形态中的任一个所述灰分供应机构构成为，将所述灰分制成微粉状，与所述炭质固体燃料一起向所述气化炉的内部进行再投入。
根据上述第五形态，作为向气化炉投入灰分的投入部，能够共用原本设在气化炉的炭质固体燃料的投入部。因此，无需进行已有的气化炉的改造就能够向气化炉投入灰分，增加熔融炉渣的量，提高燃烧室的耐热性。
而且，在燃烧室内，除了炭质固体燃料的投入部之外，无需另行开设灰分的投入部。因此，用于搬送灰分的空气、气体不会从此处向燃烧室内流入，也不存在燃烧室的内部温度降低的问题。因此，燃烧室内的灰分流动性与以往相比不变，由此能够进行稳定的气化。
此外，本发明涉及的气化系统的第六形态是，所述灰分供应机构被控制部控制而工作，该控制部控制所述灰分供应机构，使从所述气化炉生成的所述灰分的量相对于所述炭质固体燃料的投入量成为规定比例的目标灰分生成量，对于超过所述目标灰分生成量而生成的灰分，不向所述气化炉投入，而是进行废弃。
根据所述第六形态，从气化炉生成的灰分的量总是成为接近目标灰分生成量的值。由此，使灰分作为最适当量的熔融炉渣附着在燃烧室的内壁，能够提高燃烧室的内壁面的耐热性，进行稳定的气化。而且，最小限度地抑制投入到气化炉的灰分的量，防止灰分大量地混入生成的可燃气体，使可燃气体和灰分的分离变得容易。
此外，本发明涉及的气化系统的第七形态是，在所述第六形态的所述目标灰分生成量，相对于所述炭质固体燃料的投入量按重量比是大约2～10%。
根据第七形态，使向气化炉投入的灰分量成为最适当量，能够提高燃烧室内壁面的耐热性，进行稳定的气化，并且，混入生成的可燃气体的灰分的量少，能够使可燃气体和灰分的分离容易。
此外，本发明涉及的气化系统的第八形态是，在所述第一至第七形态中的任一形态的所述灰分，是所述炭质固体燃料在所述气化炉内反应之后的炉渣。
这样，如果使炭质固体燃料反应之后的炉渣成为与炭质固体燃料一起投入到气化炉的灰分，则包含在炉渣的未燃烧成分极少，所以被再投入到气化炉的灰分不会再次引起反应。因此，稳定炭质固体燃料的反应状态，使其能够良好地气化。此外，炉渣是玻璃状，粉碎性良好，容易进行处理。
发明的效果
如上所述，根据本发明涉及的气化系统，通过也能够适用于已有的气化炉的简单结构，能够进行灰分少的炭质固体燃料的稳定气化，增加可使用的炭质固体燃料的种类。
附图说明
图1是本发明的实施方式涉及的煤炭气化系统的示意结构方框图。
图2是以重量比表示相对微粉炭的投入量的炉渣生成量的变化的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的煤气化系统1（气化系统）的示意结构的方框图。该煤气化系统1附设在例如IGCC（Integrated CoalGasification Combined Cycle，煤气化复合发电）发电厂，具有煤气化炉2（气化炉）。煤气化炉2是在本体压力容器3的内部收容有燃烧室4的公知结构，使煤炭等炭质固体燃料与空气、氧等气化剂一起在炉内发生反应，从炭质固体燃料生成可燃性气体。
在煤气化炉2，经由空气供应线路11连接有空气供应装置12。该空气供应装置12例如是空气压缩机，压缩空气、氧，将这些作为气化剂向煤气化炉2供应。
此外，微粉炭供应装置15（固体燃料供应机构）经由微粉炭供应线路16与煤气化炉2连接。微粉炭供应装置15利用未图示的粉碎机等将煤炭等炭质固体燃料粉碎，制成微粉状，经由微粉炭供应线路16向煤气化炉2投入。
进一步地，灰分供应装置20（灰分供应机构）经由灰分供应线路21与微粉炭供应线路16连接。如后所述，该灰分供应装置20构成为，将微粉炭在煤气化炉2内进行反应而被气化时生成而排出的固态炉渣在未图示的粉碎机等粉碎，制成微粉状，将规定量的微粉炉渣经由微粉炭供应线路16向煤气化炉2进行再投入。
煤气化炉2的底部设有炉渣回收漏斗24。被回收到该炉渣回收漏斗24的固态炉渣经过炉渣供应线路25被输送到灰分供应装置20。进一步地，不含未燃烧成分的炉渣、烟灰等的灰分也从煤炭焚烧锅炉等其它燃烧系统28经由灰分供应线路29向灰分供应装置20被输送。即，灰分供应装置20构成为，能够将微粉炭在煤气化炉2内被气化时生成而被排出的炉渣等灰分、在其它燃烧系统28生成灰分中的一方或者双方向煤气化炉2进行投入。
微粉炭供应装置15和灰分供应装置20一起与微粉炭供应线路16连接，所以从微粉炭供应装置15供应的微粉炭和从灰分供应装置20供应的灰分（微粉炉渣），在微粉炭供应线路16的内部被混合，一起向煤气化炉2供应。
此外，灰分供应装置20被控制部31控制而工作。控制部31，例如，从设在微粉炭供应线路16的微粉炭供应传感器32和设在炉渣回收漏斗24的炉渣生成量传感器33各自输入微粉炭供应量的数据D1和炉渣生成量的数据D2。进一步地，在控制部31输入来自设在煤气化炉2的运转监视传感器34的煤气化炉2的内部的燃烧温度、炉渣量等各种运转数据D3。基于这些各数据D1、D2、D3，控制部31控制灰分供应装置20，使在煤气化炉2生成的炉渣的量相对微粉炭的全体投入量变成规定的比例的目标炉渣生成量（目标灰分生成量）。
另一方面，从煤气化炉2的顶部延伸出用于导出生成气体的气体导出线路38，该气体导出线路38与作为离心分离装置的旋流器39连接。旋流器39是对炭进行分离的装置，所述炭是包含在生成气体的微粉炭的未燃烧成分。此外，集尘装置42、脱硫装置43等与从旋流器39延伸出的生成气体搬送线路41连接，生成气体搬送线路41最终与例如气体涡轮机装置44连接。
进一步地，在前述的空气供应装置12之外，另一个空气供应装置47经由空气供应线路48与煤气化炉2连接。而且，从旋流器39延伸的炭搬送线路51与空气供应线路48连接，炭回收装置52与该炭搬送线路51的途中部分连接。
在以上述方式构成的煤气化系统1中，从微粉炭供应装置15供应的微粉炭与压缩空气等一起经由微粉炭供应线路16被投入到煤气化炉2，在燃烧室4被未图示的点火器点火，在高压环境下发生反应，其可燃性成分成为可燃性气体，剩余的灰分成为炉渣。在此生成的可燃性气体从气体导出线路38向煤气化炉2的外部导出，向旋流器39输送，将作为微粉炭的未燃烧成分的炭等分离之后，通过生成气体搬送线路41，在集尘装置42集尘，在脱硫装置43脱硫之后，被供应到气体涡轮机装置44进行燃烧。
在旋流器39从可燃性气体被分离的炭，经过炭搬送线路51，暂时被回收到炭回收装置52之后，与被空气供应装置47压缩的气化剂（空气、氧等）一起，经过空气供应线路48，被投入到煤气化炉2，与微粉炭一起在燃烧室4进行燃烧。
作为在煤气化炉2的燃烧室4的内部发生反应而生成了可燃性气体的微粉炭的灰分，即炉渣，炉渣被燃烧室4内部的高温熔融，成为熔融炉渣S。该熔融炉渣S附着在燃烧室4的内壁面，起到燃烧室4的耐热材料的作用之后，向下方落下，例如，被投入到水中急速冷却，成为玻璃状的固态炉渣。该固态炉渣被暂时回收到炉渣回收漏斗24之后，经过炉渣供应线路25，向灰分供应装置20输送。
灰分供应装置20将固态炉渣粉碎而制成微粉炉渣，该微粉炉渣经过灰分供应线路21，被供应到微粉炭供应线路16，在微粉炭供应线路16的内部与微粉炭混合之后，向煤气化炉2供应。同时，在空气供应装置12生成的压缩空气经过空气供应线路11，作为气化剂向煤气化炉2内供应。
基于从设在微粉炭供应线路16的微粉炭供应量传感器32输入的微粉炭供应量的数据D1、从设在炉渣回收漏斗24的炉渣生成量传感器33输入的炉渣生成量的数据D2、从运转监视传感器34输入的煤气化路2的各种运转数据D3，控制部31控制灰分供应装置20，使炉渣生成量相对于微粉炭的全体投入量成为规定比例的目标炉渣生成量。并且进行控制，对于超过该目标炉渣生成量而生成的炉渣，不向煤气化炉2投入，而是进行废弃。作为上述的目标炉渣生成量，按重量比设定成大约2～10%左右，优选地，设定成2～4%左右。
图2是按照重量比表示相对微粉炭的投入量的、炉渣生成量的变化的曲线图。如图2所示，在煤气化炉2的运转开始时，自然地，炉渣的生成量，即，相对于被投入的微粉炭的总量，从煤气化炉2排出的炉渣的重量比是0%。接着，随着运转时间增加，炉渣的生成量增加。在炉渣的生成量达到目标炉渣生成量A（例如，重量比3%）的时间t1为止，控制部31进行控制，使灰分供应装置20向煤气化炉2投入大量的炉渣，而在到达目标炉渣生成量A的t1之后，以维持该投入量的程度进行炉渣的投入。
特别是，在煤气化炉2的运转刚刚开始之后，由于不能从煤气化产生足够量的固态炉渣，所以不能达到上述的目标炉渣生成量A。在此时，通过控制部31或者通过人工方式，将从其它燃烧系统28获得的炉渣、烟灰等灰分引入到灰分供应装置20，投入到煤气化炉2。
如上所述，在该煤气化系统1中，作为微粉炭在煤气化炉2内反应之后的灰分，即固态炉渣，固态炉渣被灰分供应装置20制成微粉状，向煤气化炉2的内部进行再投入。因此，当微粉炭在煤气化炉2内与气化剂（空气或者氧）一起进行反应时，通过向煤气化炉2内投入微粉炉渣，作为微粉炭反应后全体的灰分生成的熔融炉渣S的量增加。该增加的熔融炉渣S附着在高温的煤气化炉2的燃烧室4的内壁，起到燃烧室4的耐热材料的作用。
因此，即使微粉炭原本包含的灰分含量少，能够利用从灰分供应装置20投入的微粉炉渣补充所述少量的灰分，增加总灰分量，即，在燃烧室4的内部熔融而附着在燃烧室4的内壁面的熔融炉渣S的量，提高燃烧室4的耐热性。因此，即使是灰分少的微粉炭，或者其它种类的炭质固体燃料，也能够对其进行稳定的气化，由此增加能够使用的炭质固体燃料的种类。
此外，作为向煤气化炉2内投入的灰分，灰分供应装置20直接利用被供应到煤气化炉2内的微粉炭气化时生成而排出的炉渣，所以变成，向煤气化炉2再投入与正在煤气化炉2的内部进行反应的微粉炭的炉渣是相同的种类的炉渣。因此，炉渣的再投入不容易导致煤气化炉2的内部的反应条件的改变。
而且，如上所述，由于煤气化炉2的内部的反应条件不变，所以附着在燃烧室4的内壁面的熔融炉渣S的流动状态不变。因此，能够进行预想范围内的运转，进行稳定的气化。除此之外，由于在煤气化炉2内反应之后的炉渣不含未燃烧成分，再投入到煤气化炉2的炉渣不会再次引起反应。从这一点来说，也能够稳定微粉炭的反应状态，进行良好的气化。此外，炉渣进行固态化而成为玻璃状的、粉碎性良好的性质和状态，处理变得容易。
进一步地，灰分供应装置20构成为，作为向煤气化炉2内投入的灰分，能够供应在其它燃烧系统28生成的灰分，并且，能够将在煤气化炉2的内部反应的微粉炭的炉渣和在其它燃烧系统28生成的灰分双方投入到煤气化炉2。因此，即使在煤气化炉2的运转开始时以及微粉炭或其它炭质固体燃料的灰分显著得少时等熔融炉渣难以附着在燃烧室4的内壁面的情况下，也通过向煤气化炉2投入生成于其它燃烧系统28的灰分，能够补充熔融炉渣的不足。因此，能够继续进行稳定的气化。
从灰分供应装置20向煤气化炉2投入的微粉炉渣，从灰分供应线路21向微粉炭供应线路16供应，在微粉炭供应线路16的内部与从微粉炭供应装置15供应的微粉炭混合，和微粉炭一起向煤气化炉2进行再投入。因此，作为向煤气化炉2投入灰分的投入部，能够共用煤气化炉2原本具有的微粉炭的投入部（微粉炭供应线路16）。因此，无需改造已有的煤气化炉或者其它气体种类的气化炉，就能够投入灰分，增加熔融炉渣S的量，提高燃烧室4的耐热性。
而且，在燃烧室4的内部，除了作为微粉炭的投入部的微粉炭供应线路16以及作为压缩空气的供应部的空气供应线路11之外，不另行开设微粉炉渣的投入部。因此，不从这样的开口部向燃烧室4内流入用于搬送微粉炉渣的空气、气体，能够排除燃烧室4的内部温度降低的可能性。因此，燃烧室4内的熔融炉渣的流动特性与以往相比不变，由此能够进行更稳定的气化。
此外，灰分供应装置20被控制部31控制而工作，如图2所示，控制部31控制灰分供应装置20，使从煤气化炉2生成的炉渣的量相对于微粉炭的全体投入量成为规定的比例的目标炉渣生成量A，对已超过目标炉渣生成量A而生成的炉渣，不向煤气化炉2投入，而是进行废弃。因此，从煤气化炉2生成的炉渣的量总是成为接近目标灰分生成量A的值。由此，总是使最适当量的熔融炉渣S附着在燃烧室4的内壁，能够提高燃烧室4的内壁面的耐热性，进行稳定的气化。而且，最小限度地抑制向煤气化炉2投入的炉渣量，防止灰分大量地混入生成的可燃气体，使可燃气体和灰分的分离变得容易。
此外，本发明不限于上述实施方式所述的结果，在不超出本发明主旨的范围内，能够增加适当的变更和改良，这样增加变更和改良的实施形态也包括在本发明的权利范围内。
例如，在上述实施方式中是将炉渣再投入到煤气化炉2，但是例如，也可以将本发明适用在对石油焦炭、生物质燃料进行气化的气化炉。
附图标记说明
1煤气化系统（气化系统）2煤气化炉（气化炉）4燃烧室11空气供应线路12空气供应装置15微粉炭供应装置（固体燃料供应机构）20灰分供应装置（灰分供应机构）24炉渣回收漏斗28其它燃烧系统31控制部38气体导出线路44气体涡轮机装置A目标炉渣生成量（目标灰分生成量）S熔融炉渣

Claims (9)

1.一种气化系统，其特征在于，包括：
气化炉，其使炭质固体燃料与气化剂一起在炉内进行反应，从所述炭质固体燃料生成可燃性气体；
固体燃料供应机构，其将所述炭质固体燃料制成微粉状，向所述气化炉投入；
灰分供应机构，其向所述气化炉的内部投入炭原料的灰分。
2.根据权利要求1所述的气化系统，其特征在于，
所述灰分供应机构构成为，将所述炭质固体燃料在所述气化炉内被气化时生成而排出的灰分作为所述灰分，向所述气化炉内进行再投入。
3.根据权利要求1所述的气化系统，其特征在于，
所述灰分供应机构构成为，能够将在其它燃烧系统生成的灰分作为所述灰分，向所述气化炉投入。
4.根据权利要求1所述的气化系统，其特征在于，
所述灰分供应机构构成为，能够将所述炭质固体燃料在所述气化炉内被气化时生成而排出的灰分和在其它燃烧系统生成的灰分双方作为所述灰分，向所述气化炉投入。
5.根据权利要求4所述的气化系统，其特征在于，
被投入到所述气化炉的所述灰分，相对于所述炭质固体燃料的投入量按重量比是2～50%。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的气化系统，其特征在于，
所述灰分供应机构构成为，将所述灰分制成微粉状，与所述炭质固体燃料一起向所述气化炉的内部进行再投入。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的气化系统，其特征在于，
所述灰分供应机构被控制部控制而工作，该控制部控制所述灰分供应机构，使从所述气化炉生成的所述灰分的量相对于所述炭质固体燃料的投入量成为规定的比例的目标灰分生成量，对于超过所述目标灰分生成量而生成的灰分，不向所述气化炉投入，而进行废弃。
8.根据权利要求7所述的气化系统，其特征在于，
所述目标灰分生成量，相对于所述炭质固体燃料的投入量按重量比是约2～10%。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的气化系统，其特征在于，
所述灰分是所述炭质固体燃料在所述气化炉内反应之后的炉渣。
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