CN104039934B - 气化炉、气化发电设备及气化炉的渣口闭塞防止方法 - Google Patents

气化炉、气化发电设备及气化炉的渣口闭塞防止方法 Download PDF

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Abstract

防止由炭、炉渣引起的渣口的闭塞，稳定地进行气化炉的运转。在煤气化部(10)的上部具备热交换器(20)的结构中，使渣口(16)、窄路部(17)的直径(D1、D3)相对于热交换管(21)的列的间距(ST)而成为3倍以上。由此，能防止由于从热交换器(20)落下的炭、烧结物(50)而将渣口(16)、窄路部(17)闭塞的情况，稳定地进行煤气化炉(10)的运转。

Description

气化炉、气化发电设备及气化炉的渣口闭塞防止方法
技术领域
本发明涉及例如应用于煤气化复合发电(IntegratedGasificationCombinedCycle/IGCC)设备的气化炉、气化发电设备及气化炉的渣口闭塞防止方法。
背景技术
煤气化复合发电通过在气化炉中对固体的煤进行气化而能够进行在蒸气涡轮中组合燃气涡轮的高效率的发电。
另外，在以往类型的煤火力中，产生大量的煤灰，与此相对，在煤气化复合发电中，在气化炉中对煤进行气化之后排出玻璃状的炉渣(灰)。这样，从气化炉中排出的炉渣的容积与以往的从烧煤锅炉中排出的煤灰相比较，大致减少一半。
气化炉具备使燃料燃烧而生成高温气体的燃烧室和位于燃烧室的上部且与燃烧室连通、通过使燃料与高温气体接触进行气化反应来使燃料气化的还原器。
在专利文献1中公开了如下的结构：在这样的气化炉中，为了对还原器中的气化反应结束了的高温气体进行冷却，在还原器的上方具备板型水冷壁(以下有时将其称作热交换器)作为冷却机构。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平7-5898号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在还原器的上方具备作为冷却机构的热交换器的情况下，在气化了的气体中烧结而生成的烧结物附着于热交换器。该附着于热交换器的烧结物落下到下方的扩散器部、燃烧室时，有时会导致闭塞气化炉下方的渣口。当渣口被闭塞时，当然会给气化炉的运转带来障碍。
本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种能防止烧结物引起的渣口的闭塞、能稳定地进行气化炉的运转的气化炉、气化发电设备。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明采用以下的手段。
即，本发明的第一方案涉及的气化炉具备：气化部，其使燃料燃烧而产生高温的气体；热交换器，其位于所述气化部的上部，具有与气化的所述燃料进行热交换的气体流路；渣口，其形成于所述气化部的底部，排出对所述燃料进行气化而生成的烧结物，该渣口的开口径相对于所述热交换器中的与所述气体的流动方向正交的方向上的所述气体流路的宽度而成为3倍以上。
在这样的气化炉中，也可以为，所述气化部包括：燃烧室，其使燃料燃烧；还原器，其位于该燃烧室的上部而与所述燃烧室连通，具有所述气体流路，使所述燃料气化。
在此，在上部热交换器是水等所流动的热交换管的列在与气体的流动方向正交的方向上隔开间隔地配置的结构的情况下，气体流路的宽度相当于热交换管的列的间距。
在这样的气化炉中，也可以为，在所述渣口的上部形成有所述气化部的流路的直径缩小了的窄路部，以所述窄路部的开口径相对于所述热交换器中的与所述气体的流动方向正交的方向上的所述气体流路的宽度而成为3倍以上的方式形成该窄路部。
根据本发明的第一方案的气化炉，通过使位于上部热交换器的下方的渣口、或窄路部的开口径相对于上部热交换器的气体流路的宽度而成为3倍以上，即使在上部热交换器中生成的烧结物落下，也能防止渣口被闭塞的情况。
另外，本发明的第二方案涉及的气化发电设备具备：上述那样的气化炉、从由气化炉产生的生成气体中除去杂质的气体精制设备、由利用气体精制设备精制后的气体来驱动的燃气涡轮。
本发明的第三方案涉及的气化炉的渣口闭塞防止方法中，该气化炉具备：气化部，其使燃料燃烧而产生高温的气体；热交换器，其位于所述气化部的上部，具有与气化的所述燃料进行热交换的气体流路，在该气化炉的渣口闭塞防止方法中，将形成于所述气化部的底部、排出对所述燃料进行气化而生成的烧结物的渣口的开口径相对于所述上部热交换器中的与所述气体的流动方向正交的方向上的所述气体流路的宽度而设定为3倍以上。
根据本发明的第三方案的气化炉的渣口闭塞防止方法，通过使位于上部热交换器下方的渣口的开口径相对于上部热交换器的气体流路的宽度而成为3倍以上，即使在上部热交换器中生成的烧结物落下，也能防止渣口被闭塞的情况。
发明效果
根据本发明，通过使位于上部热交换器下方的渣口的开口径相对于上部热交换器的气体流路的宽度而成为3倍以上，即使在上部热交换器中生成的烧结物落下，也能防止渣口被闭塞的情况。由此，能稳定地进行气化炉的运转。
附图说明
图1是表示本实施方式涉及的煤气化复合发电设备的简要结构的图。
图2是表示煤气化炉的构成例的图。
图3A是表示在煤气化部的上部设置的热交换器的构成例的剖视图。
图3B是表示煤气化炉的主要部分的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明涉及的实施方式。
以下，使用图1说明本发明的第一实施方式。
本发明涉及的气化炉例如使用在煤气化复合发电设备(IGCC；IntegratedCoalGasificationCombinedCycle)(气化发电设备)中的、用于将粉碎的煤(煤粉)投入炉内而生成可燃性气体的装置中。在煤气化复合发电设备的情况下，在气化炉中生成的可燃性气体作为燃气涡轮的燃料被向燃气涡轮燃烧器供给。另一方面，需要将煤中的灰作为粒状炉渣由气化炉底部向炉外排出。
煤气化炉101对从未图示的煤供给路径供给的作为燃料的煤进行气化而产生生成气体。另外，煤气化炉101使水(流体)在设于壁部的水管154(参照图2)等中流动而产生蒸气。
煤气化炉101具备以将生成的生成气体从下方向上方引导的方式形成于煤气化炉101的上游侧的煤气化部10和与煤气化炉101的下游侧连接、将生成气体从上游侧向下游侧依次引导的蒸发器151、过热器(未图示)、节煤器153。生成气体在通过蒸发器151、过热器、节煤器153时，在蒸发器151、过热器、节煤器153中分别进行热交换。煤气化部10与蒸发器151、过热器、节煤器153一起收纳在煤气化炉压力容器102内。由此，能防止生成气体向煤气化炉压力容器102外流出的情况。
如图2所示，煤气化炉101的煤气化部10具备有底圆筒状的燃烧室12、在燃烧室12的上部设置的还原器(未图示)、在燃烧室12的下部设置的有底圆筒状的起动用燃料燃烧室14，在起动用燃料燃烧室14的内部(底部)积存有炉渣冷却水Ws。
燃烧室12使煤及炭的一部分燃烧。燃烧室12在有底圆筒的底部中央具备开口的渣口16。该渣口16成为通路开口部，用于使在燃烧室12内使煤粉部分燃烧而排出的炉渣向起动用燃料燃烧室14内的炉渣冷却水Ws流下。
流下到炉渣冷却水Ws中的炉渣在被冷却而固化之后从起动用燃料燃烧室14的未图示的设于底部的出口向气化炉101的外部排出。
还原器利用从燃烧室导出的高温气体对煤进行气化。由此，由煤生成一氧化碳、氢等可燃性的生成气体。煤气化反应是煤及炭中的碳与高温气体中的二氧化碳及水分反应而生成一氧化碳、氢的吸热反应。
如图1所示，从煤气化炉101的外部向蒸发器151供给水。供给到蒸发器151的水与从还原器导出的高温的生成气体进行热交换而成为蒸气，被导向作为气水分离器、且具有气体区域及水区域(流体区域)的煤气化炉蒸气锅筒152。
顺便说一下，将煤气化炉蒸气锅筒152内的具有水的范围称作水区域，将不具有水的范围称作气体区域。
在煤气化炉蒸气锅筒152内由于分离水分而产生的蒸气被导向过热器。被引导至过热器的蒸气与高温的生成气体进行热交换而成为过热蒸气，被导向蒸气涡轮109。
向节煤器153供给水。供给至节煤器153的水给蒸发器151及过热器带来热量而与温度降低了的生成气体进行热交换，从而温度上升。温度上升了的水被导向煤气化炉蒸气锅筒152。
在通过蒸发器151、过热器、节煤器153而温度降低了的生成气体中含有作为杂质的尘埃、硫化氢或硫化羰等的硫化物，含有尘埃及硫化物的生成气体从煤气化炉101导向气体精制设备。顺别说一下，气体精制设备具备脱尘装置104和脱硫装置105。
脱尘装置104用于除去生成气体中的作为杂质的尘埃。脱硫装置105用于除去生成气体中的作为杂质的硫化物。生成气体经由脱尘装置104及脱硫装置105进行脱尘和脱硫而作为精制后的清洁的精制气体被导向燃气涡轮106。
被引导至燃气涡轮106的精制气体首先被送向设于燃气涡轮106的燃烧器(未图示)。燃气涡轮106具备燃烧器、由利用燃烧器燃烧的废气来驱动的涡轮(未图示)和向燃烧器输送高压的空气的压缩机(未图示)。
在燃烧器中，被引导来的精制气体与空气燃烧而排出废气(排气)。从燃烧器排出的废气被导向燃气涡轮106，驱动燃气涡轮106旋转。通过利用废气驱动燃气涡轮106旋转，从而与燃气涡轮106连接的旋转轴(未图示)旋转。在进行旋转的旋转轴上连接有压缩机，压缩机通过旋转轴旋转而进行旋转驱动，从而对空气进行压缩。经由压缩机压缩后的空气被导向燃烧器和煤气化炉101。另外，由于在旋转轴连接有发电机，因此，通过使旋转轴旋转，从而发电机驱动而进行发电。
驱动燃气涡轮106旋转的废气被导向废热回收锅炉(流体加热热交换器)107。废热回收锅炉107利用从燃气涡轮106引导来的废气的热量而产生过热蒸气(流体)。在废热回收锅炉107中被回收了热量的废气从烟囱108向煤气化复合发电设备100外排出。
在废热回收锅炉107中产生的过热蒸气被导向蒸气涡轮109。另外，从前述的煤气化炉蒸气锅筒152及过热器向蒸气涡轮109引导过热蒸气。蒸气涡轮109与燃气涡轮106连接于同一旋转轴，成为所谓的一轴式的组合系统。需要说明的是，不限于一轴式的组合系统，也可以为分轴式的组合系统。
由燃气涡轮106驱动的旋转轴由于向蒸气涡轮109引导蒸气而驱动力进一步增加。因此，与旋转轴连接的发电机的发电量增加。
驱动蒸气涡轮109旋转后的蒸气被导向冷凝器111。被引导至冷凝器111的蒸气由海水冷却而还原成水(冷凝水)。冷凝水由低压供水泵112向废热回收锅炉107供给，借助被引导至废热回收锅炉107的废气成为高温的水。高温的水被再次导向废热回收锅炉107内引导而成为过热蒸气。
另外，在上述那样的煤气化炉101的煤气化部10的上部具有热交换器(上部热交换器)20。
如图3A所示，该热交换器20在煤气化部10的上部沿着与从下方朝向上方的气体流动F正交的方向每隔恒定间距ST配置有热交换管21。这样的热交换管21沿着气体流动F的方向排列多段。也就是说，热交换管21在与从下方朝向上方的气体流动F正交的方向上每隔恒定间距ST沿着气体流动F的方向成列地配置。
从外部供给来的水等在该热交换管21中流动，从而与通过彼此相邻的热交换管21的列L、L、...之间的气体流路25的气体进行热交换，将气体充分地冷却。
另外，在此，以图3B所示的渣口16的直径(开口径)D1相对于热交换器20中的气体流路25的宽度、即热交换管21的列的间距ST成为3倍以上的方式形成间距ST和渣口16。
虽然在热交换器20附着有烧结物，但烧结物50的直径D2最大为热交换管21的列的间距ST。
当渣口16的直径D1为热交换管21的列的间距ST的2倍左右时，有时由于在渣口16排列有两个炭、烧结物50而会闭塞渣口16。
与此相对，通过使渣口16的直径D1相对于热交换管21的列的间距ST为3倍以上，烧结物50不会闭塞渣口16。
另一方面，渣口16的直径D1相对于煤气化炉101的炉径D4优选为1/4以下。这是由于：若渣口16的直径D1相对于煤气化炉101的炉径为1/3左右，则燃烧室12的辐射热向起动用燃料燃烧室14散逸。
另外，有在渣口16的上部形成将煤气化炉101的炉径缩小的窄路部17的情况。该窄路部17的直径D3与渣口16同样地优选相对于热交换管21的列的间距ST而成为3倍以上。需要说明的是，在上述的煤气化部10中，如图2的虚线所示，也可以为不具有窄路部17的结构。
如以上所述，根据本实施方式中的煤气化炉101、煤气化复合发电设备，起到以下的作用效果。
即，在煤气化部10的上部具备热交换器20的结构中，使渣口16、窄路部17的直径D1、D3相对于热交换管21的列的间距ST而成为3倍以上。由此，能防止由于从热交换器20落下的烧结物50而将渣口16、窄路部17闭塞的情况，能稳定地进行煤气化炉101的运转。
需要说明的是，本发明不限定于上述的实施方式，关于煤气化炉101的各部分的结构，可以为其他适当的结构。
例如，使渣口16的直径D1相对于热交换管21的列的间距ST而成为3倍以上，但在热交换器20由热交换管21以外构成的情况下，只要使渣口16的直径D1相对于与从下方朝向上方的气体流动F正交的方向上的气体流路的宽度而成为3倍以上即可。
除此以外，例如上述的气化炉、气化部并不限定于对煤进行气化的煤气化炉、煤气化部以及煤气化复合发电设备的气化炉等，能在不脱离其主旨的范围内适当进行变更。
符号说明
10煤气化部(气化部)
12燃烧室
14起动用燃料燃烧室
16渣口
17窄路部
20热交换器(上部热交换器)
21热交换管
25气体流路
50烧结物
100煤气化复合发电设备
101煤气化炉
102煤气化炉压力容器
104脱尘装置(气体精制设备)
105脱硫装置(气体精制设备)
106燃气涡轮
107废热回收锅炉
108烟囱
109蒸气涡轮
111冷凝器
112低压供水泵
151蒸发器
152煤气化炉蒸气锅筒
153节煤器
154水管

Claims (5)

1.一种气化炉，其具备：
气化部，其使燃料燃烧而产生高温的气体；
热交换器，其位于经由气体流路而连通的所述气化部的上部，使气化的所述燃料通过在气体流动方向上成列地以恒定的间距配置的热交换管之间而与在所述热交换管内流动的流体进行热交换；
渣口，其形成于所述气化部的底部，排出对所述燃料进行气化而生成的烧结物，该渣口的开口径相对于所述热交换管的间距而成为3倍以上，并且所述开口径成为所述气化部的炉径的1/4以下。
2.根据权利要求1所述的气化炉，其中，
所述气化部包括：燃烧室，其使燃料燃烧；还原器，其位于该燃烧室的上部，经由所述气体流路而与所述燃烧室连通，并使所述燃料气化。
3.根据权利要求1所述的气化炉，其中，
在所述渣口的上部形成有所述气化部的流路的直径缩小了的窄路部，
以所述窄路部的开口径相对于所述热交换器中的所述热交换管的间距而成为3倍以上的方式形成所述窄路部。
4.一种气化发电设备，其具备：
权利要求1或2所述的气化炉；
气体精制设备，其从由所述气化炉产生的生成气体中除去杂质；
燃气涡轮，其由利用所述气体精制设备精制后的气体来驱动。
5.一种气化炉的渣口闭塞防止方法，其中，
该气化炉具备：
气化部，其使燃料燃烧而产生高温的气体；
热交换器，其位于经由气体流路而连通的所述气化部的上部，使气化的所述燃料通过在气体流动方向上成列地以恒定的间距配置的热交换管之间而与在所述热交换管内流动的流体进行热交换，
该气化炉的渣口闭塞防止方法中，
将形成于所述气化部的底部、排出对所述燃料进行气化而生成的烧结物的渣口的开口径相对于所述热交换器中的在所述气体的流动方向上成列地配置的热交换管的恒定的间距而设定为3倍以上，并且所述开口径成为所述气化部的炉径的1/4以下。
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