JP2005126629A

JP2005126629A - 被溶融物排出設備及び被溶融物排出設備の運転方法

Info

Publication number: JP2005126629A
Application number: JP2003365746A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Koyama; 智規小山; Katsuhiko Yokohama; 克彦横濱
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】安定して被溶融物を溶融・流動排出することができる被溶融物排出設備及び被溶融物排出設備の運転方法を提供する。
【解決手段】ガス化炉本体１１と、該ガス化炉本体に微粉炭１２を供給する供給部１３と、ガス化炉本体１１内に酸素等の酸化剤を供給する酸化剤供給部１４とを具備してなり、前記微粉砕設備２６に対して、ＣａＯ濃度の高い添加剤３１を供給する第１の添加剤供給設備３２と、ＣａＯ濃度の低い添加剤３３を供給する第２の添加剤供給設備３４とが切替え弁３５を介装した供給管３６により接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば石炭ガス化炉、灰溶融炉、ゴミ・廃棄物溶融炉等の被溶融物排出設備及び被溶融物排出設備の運転方法に関する。

従来の、例えば石炭ガス化炉等の被溶融物を溶融排出する設備では、被溶融物の軟化溶融温度により以下のような対応をしている。
（１）溶融設備への適用被溶融物を、被溶融物の軟化溶融性（軟化溶融温度）により、制限する。
（２）被溶融物の溶融温度に対応し、炉の運転温度を変化させる。
（３）ＣａＯ濃度が少ない石炭を使用する場合には、石灰石を投入する（特許文献１、特許文献２参照）。

特開平８−１８８７８１号公報特開平９−１５７６６２号公報

しかしながら、前述した溶融設備の運転では、以下のような問題がある。
（１）の運転の場合では、溶融温度を限定した場合（例えば１２００−１３００℃）には、適用できる炭種が狭い、という問題がある。
（２）の運転の場合では、例えば反応流動温度が高い石炭をガス化する場合には、温度を高くするために、酸化剤を多量に供給する必要があり、適切なガス化ができず、生成ガス中の可燃成分（ＣＯ、Ｈ₂等）が減少するため、燃料費（効率の低下）の増加等がある、という問題がある。
（３）の運転の場合では、運転範囲が広がるものの、近年の中国、インドネシア等から算出される石炭やゴミ廃棄物中には、ＣａＯ濃度が５０％以上含まれる場合があり、このような石炭を用いる場合には、被溶融物の軟化溶融温度が非常に高く（高温側に移行）なる、という問題がある。
また、既存の設備において、一般に使用される溶融助剤としてＣａＯを添加する場合には、ＣａＯ濃度が増加し、かえって被溶融物の軟化溶融温度が上昇することから、このような運転では安定した溶融改善ができない、という問題がある。
よって、被溶融物の溶融が安定せず、安定した運転ができない、という問題がある。

さらに、ＣａＯ濃度を一定とすることで、例えばスラグの再利用、プラント運用が一定（原料混入比、運転速度等）となるので、均一の性状のスラグの回収が望まれている。

本発明は、前記問題に鑑み、安定して被溶融物を溶融・流動排出することができる被溶融物排出設備及び被溶融物排出設備の運転方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、被溶融物を溶融排出する被溶融物排出設備において、ＣａＯ濃度を調整する添加剤を供給する添加剤供給設備を備えてなることを特徴とする被溶融物排出設備にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記添加剤供給設備が、ＣａＯ濃度の高い添加剤と、ＣａＯ濃度の低い添加剤とを別々に供給するものであることを特徴とする被溶融物排出設備にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記添加剤供給設備からのＣａＯ濃度添加剤を被溶融物排出設備本体に供給することを特徴とする被溶融物排出設備にある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記添加剤供給設備からのＣａＯ濃度添加剤を燃料供給設備に供給することを特徴とする被溶融物排出設備にある。

第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記被溶融物排出設備が石炭ガス化炉、灰溶融炉、ゴミ・廃棄物溶融炉、ガス化・溶融炉のいずれかであることを特徴とする被溶融物排出設備にある。

第６の発明は、第５の発明において、前記被溶融物排出設備が石炭ガス化炉であり、添加剤供給設備からのＣａＯ濃度添加剤を微粉炭粉砕設備に供給することを特徴とする被溶融物排出設備にある。

第７の発明は、第５の発明において、前記被溶融物排出設備が石炭ガス化炉であり、添加剤供給設備からのＣａＯ濃度添加剤を微粉炭加圧供給設備に供給することを特徴とする被溶融物排出設備にある。

第８の発明は、第１乃至７のいずれか一つの発明において、前記ＣａＯ濃度添加剤が、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、被溶融物排出設備から排出される溶融物のいずれか一種又はこれらの組合せであることを特徴とする被溶融物排出設備にある。

第９の発明は、ガス化炉にＣａＯ濃度が異なるＣａＯ濃度添加剤を供給し、被溶融物の灰分中のＣａＯ濃度を８〜５０％とすることを特徴とする被溶融物排出設備の運転方法にある。

第１０の発明は、第９の発明において、前記ＣａＯ濃度添加剤が、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、被溶融物排出設備から排出される溶融物のいずれか一種又はこれらの組合せであることを特徴とする被溶融物排出設備の運転方法にある。

第１１の発明は、第９又は１０の発明において、前記被溶融物排出設備が石炭ガス化炉、灰溶融炉、ゴミ・廃棄物溶融炉のいずれかであることを特徴とする被溶融物排出設備の運転方法にある。

本発明によれば、被溶融物の溶融を安定し、安定した運転ができる。またさらに、ＣａＯ濃度を一定とすることで、溶融物であるスラグの再利用、プラント運用が一定（原料混入比、運転速度等）とすることが可能となる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による被溶融物排出設備としてガス化炉について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係るガス化炉を示す概念図である。
図１に示すように、ガス化炉１０は、ガス化炉本体１１と、該ガス化炉本体に微粉炭１２を供給する供給部１３と、ガス化炉本体１１内に酸素等の酸化剤を供給する酸化剤供給部１４とを具備するものである。ガス化炉本体１１内は、微粉炭が供給されて燃料する燃焼部１５と、燃焼ガスにより微粉炭を熱分解するガス化部１６と、灰分をスラグ化する溶融部１７とから構成されている。そして、ガス化炉本体１１内のガス化部１６から排出される粒子１８を含むガス１９は後流の除塵設備２０に送られ、ここで、粒子１７を分離させ、ガス化炉本体１１に戻すようにしている。
溶融部１７でスラグ化されたスラグ２１はスラグ排出装置２２により外部へ排出されている。

また、前記供給部１３には、燃料供給設備である微粉炭供給設備２３からの微粉炭１２が供給され、この供給部１３からガス化炉本体内に微粉炭を供給するようにしている。この微粉炭供給設備２３は、原炭である石炭２４を貯蔵する石炭供給設備２５と、貯蔵された石炭を微粉砕する微粉砕設備２６と、該微粉砕設備２６で微粉砕された微粉炭１２を供給部へ加圧供給する加圧供給設備２７から構成されている。

本実施例においては、前記微粉砕設備２６に対して、ＣａＯ濃度の高い添加剤３１を供給する第１の添加剤供給設備３２と、ＣａＯ濃度の低い添加剤３３を供給する第２の添加剤供給設備３４とが切替え弁３５を介装した供給管３６により接続されている。

そして、ガス化炉に供給される石炭のＣａＯの含有量に応じて、ガス化炉本体内で燃料される石炭の被溶融物の軟化温度を適正となるように、濃度の異なる添加剤３１、３３を供給するようにしている。本実施例の場合には、ＣａＯ濃度の高い添加剤３１及びＣａＯ濃度の低い添加剤３３は粒子が大きいものを用いている。

すなわち、被溶融物のＣａＯ濃度が低い場合には、ＣａＯ濃度が高い添加剤３１を供給する第１の添加剤供給設備３２から供給することで、灰流動性の安定化を図ることができる。
ここで、被溶融物のＣａＯ濃度の高低は、供給する微粉炭の供給ロットごとに既知であるので、その既知のＣａＯ濃度に対応して添加剤を供給するようにすればよい。

本発明で、前記ＣａＯ濃度添加剤としては、例えば炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、ガス化炉等被溶融物排出設備から排出されるスラグ等の排出物を例示することができ、これらのいずれか一種又はこれらを組合せて添加剤とすればよい。
なお、ＣａＯ濃度の高い添加剤とは３０％以上をいい、ＣａＯ濃度の低い添加剤とは３０％未満のものをいう。

図５に灰中のＣａＯ含有率（％）と灰流動温度（℃）との関係図を示す。図５に示すように、石炭の炭種によって、種々のＣａＯ含有率となっている。この図において、ＣａＯ濃度の適正範囲として、灰流動温度が１４００℃において、８〜５０％の範囲となるように、ＣａＯ濃度添加剤を供給することで、被溶融物の軟化溶融性は適正なものとなり、安定して被溶融物を溶融・流動排出することができる。

また、流動温度１３００において、１５〜４０％の範囲となるように、ＣａＯ濃度添加剤を供給するようにしてもよい。さらに、流動温度１２５０において、１７〜３６％の範囲となるように、ＣａＯ濃度添加剤を供給するようにしてもよい。

この結果、排出される被溶融物であるスラグの品質が揃うことになるので、有効利用をすることができる。よって、ＣａＯ濃度を所定範囲とした品質が揃ったスラグを用いて、例えばセメント、透水性ブロック、煉瓦等を製造することで、品質の安定化を図ることができる。

本発明による実施例２について図２を用いて説明する。なお、図１に示した実施例１のガス化炉の構成と同一構成部材には同一符号を付してその説明は省略する。

本実施例においては、前記微粉炭１２を供給部１３に加圧供給する加圧砕設備２７に対して、ＣａＯ濃度の高い添加剤３１を供給する第１の添加剤供給設備３２と、ＣａＯ濃度の低い添加剤３３を供給する第２の添加剤供給設備３４とが切替え弁３５を介装した供給管３６により接続されている。本実施例の場合には、ＣａＯ濃度の高い添加剤３１及びＣａＯ濃度の低い添加剤３３は粒子が小さいものを用いている。

そして、ガス化炉に供給される石炭のＣａＯの含有量に応じて、ガス化炉本体内で燃料される石炭の被溶融物の軟化温度を適正となるように、濃度の異なる添加剤３１、３３を供給するようにしている。すなわち、被溶融物のＣａＯ濃度が低い場合には、ＣａＯ濃度が高い添加剤３１を供給する第１の添加剤供給設備３２から供給することで、灰流動性の安定化を図ることができる。

本実施例の場合には、加圧供給設備２７に直接微粉砕している添加剤３１、３２を供給するので、微粉炭粉砕設備２６に負荷がかかることがなくなる。

本発明による実施例３について図３を用いて説明する。なお、図１に示した実施例１のガス化炉の構成と同一構成部材には同一符号を付してその説明は省略する。

本実施例においては、ＣａＯ濃度の高い添加剤３１を供給する第１の添加剤供給設備３２と、ＣａＯ濃度の低い添加剤３３を供給する第２の添加剤供給設備３４からの添加剤３１，３３を直接ガス化炉本体の溶融部１７近傍に供給部４１を介して供給するようにしている。

ガス化炉本体１１内の溶融部１７近傍に供給することで、溶融部１７の炉壁面での灰の溶融を効率よく行うことができる。
特に、燃焼状況に応じて溶融部１７の壁面における灰溶融に不具合がある場合には、直接添加剤を供給することで、瞬時に溶融することができる。

このように、溶融部１７近傍に供給することで、溶融の安定化を効率よく行うことができる。

本発明による実施例４について図４を用いて説明する。なお、図１に示した実施例１のガス化炉の構成と同一構成部材には同一符号を付してその説明は省略する。

本実施例においては、ＣａＯ濃度の高い添加剤３１を供給する第１の添加剤供給設備３２と、ＣａＯ濃度の低い添加剤３３を供給する第２の添加剤供給設備３４とからの添加剤３１，３３を、ガス化炉本体の燃焼部１５とガス化部１６との中間に、供給部４２を介して直接供給するようにしている。

ガス化炉本体１１内の燃焼部１５とガス化部１６の中間に添加剤を供給することで、ガス化ガス中に含まれる塩素、硫黄化合物を効率よく除去することができる。
また、供給された添加剤は、粒子１８と共に除塵装置２０でガス１９と分離され、燃焼部１５と溶融部１７へ供給され、燃焼部１５と溶融部１７の炉壁面の灰溶融を効率よく行うことができる。

また、実施例１乃至４を適宜組合せることで、ＣａＯ濃度の異なる添加剤を適宜所定の場所に供給することができ、安定した灰の溶融を行うことができる。

以上の実施例においては、石炭ガス化炉における被溶融物排出設備について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば灰溶融炉、ゴミ・廃棄物溶融炉、ガス化・溶融炉においても適用することができる。
特に、近年の廃棄物溶融炉に供給される廃棄物にはＣａＯ成分が多く含まれており、多量のＣａＯ成分に対して、本発明を適用した溶融炉を用いることで、溶融を効率よく行うことができ、熱効率も向上する。

以上のように、本発明にかかる被溶融物排出設備は、被溶融物の溶融を安定し、安定した運転ができる。またさらに、ＣａＯ濃度を一定とすることで、溶融物の一種である例えばスラグの再利用品のＣａＯの濃度が均一なものを提供することができる。

実施例１にかかる石炭ガス化炉の概略図である。実施例２にかかる石炭ガス化炉の概略図である。実施例３にかかる石炭ガス化炉の概略図である。実施例４にかかる石炭ガス化炉の概略図である。ＣａＯ含有率（％）と灰流動温度（℃）との関係図である。

符号の説明

１０ガス化炉
１１ガス化炉本体
１２微粉炭
１３供給部
１４酸化剤供給部
３１ＣａＯ濃度の高い添加剤
３２第１の添加剤供給設備
３３ＣａＯ濃度の低い添加剤
３４第２の添加剤供給設備
３５切替え弁

Claims

被溶融物を溶融排出する被溶融物排出設備において、
ＣａＯ濃度を調整する添加剤を供給する添加剤供給設備を備えてなることを特徴とする被溶融物排出設備。
請求項１において、
前記添加剤供給設備が、ＣａＯ濃度の高い添加剤と、ＣａＯ濃度の低い添加剤とを別々に供給するものであることを特徴とする被溶融物排出設備。
請求項１又は２において、
前記添加剤供給設備からのＣａＯ濃度添加剤を被溶融物排出設備本体に供給することを特徴とする被溶融物排出設備。
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記添加剤供給設備からのＣａＯ濃度添加剤を燃料供給設備に供給することを特徴とする被溶融物排出設備。
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記被溶融物排出設備が石炭ガス化炉、灰溶融炉、ゴミ・廃棄物溶融炉、ガス化・溶融炉のいずれかであることを特徴とする被溶融物排出設備。
請求項５において、
前記被溶融物排出設備が石炭ガス化炉であり、添加剤供給設備からのＣａＯ濃度添加剤を微粉炭粉砕設備に供給することを特徴とする被溶融物排出設備。
請求項５において、
前記被溶融物排出設備が石炭ガス化炉であり、添加剤供給設備からのＣａＯ濃度添加剤を微粉炭加圧供給設備に供給することを特徴とする被溶融物排出設備。
請求項１乃至７のいずれか一つにおいて、
前記ＣａＯ濃度添加剤が、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、被溶融物排出設備から排出される溶融物のいずれか一種又はこれらの組合せであることを特徴とする被溶融物排出設備。
ガス化炉にＣａＯ濃度が異なるＣａＯ濃度添加剤を供給し、被溶融物の灰分中のＣａＯ濃度を８〜５０％とすることを特徴とする被溶融物排出設備の運転方法。
請求項９において、
前記ＣａＯ濃度添加剤が、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、被溶融物排出設備から排出される溶融物のいずれか一種又はこれらの組合せであることを特徴とする被溶融物排出設備の運転方法。
請求項９又は１０において、
前記被溶融物排出設備が石炭ガス化炉、灰溶融炉、ゴミ・廃棄物溶融炉のいずれかであることを特徴とする被溶融物排出設備の運転方法。