JP2005314549A - Gasification furnace apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス化複合サイクル発電等において、固体燃料の一部を燃焼させ、その燃焼熱で残余の固体燃料を加熱して生成ガスを生成させるガス化炉に関する。 The present invention relates to a gasification furnace in which a part of solid fuel is combusted and the remaining solid fuel is heated by the combustion heat to generate product gas in gasification combined cycle power generation or the like.
従来より、固体燃料の一部のみを燃焼させ、その燃焼熱で残余の固体燃料を加熱し、熱分解させて生成ガスを発生させるガス化炉が知られている。このようなガス化炉により生成される生成ガスは、可燃性ガスを含むので、例えば、水素ガス製造の原料として使用される場合もあるが、例えば、ガス化炉をプロセスの一部に含むガス化複合サイクル発電(IGCC)におけるガスタービンの燃料ガスとして使用されることがある(例えば、特許文献1参照)。ガス化複合サイクル発電は、高い熱効率での発電が可能であることを優れた特徴を有し、ガス化炉は、固体燃料から上記複合サイクルの燃料となる生成ガスを生成するための必要不可欠な要素を構成している。
ところで、ガス化炉内において燃料の一部を燃焼させる際には、ガス化炉内に燃焼用空気又は酸素(以下、「燃焼用空気等」という)を供給するが、その量は燃料の一部を燃焼させる量にすぎないので、燃焼によりガス化炉内には還元性雰囲気が形成される。また、ガス化炉内には低温の燃焼用空気等が流入するので、ガス化炉内の部分燃焼領域の雰囲気温度が低下し、結局、低温の還元性雰囲気が形成され、燃料の着火性が低下するので、燃焼が不安定となり消炎の虞がある。 By the way, when a part of the fuel is burned in the gasifier, combustion air or oxygen (hereinafter referred to as “combustion air” or the like) is supplied into the gasifier. Since this is only an amount for burning the part, a reducing atmosphere is formed in the gasification furnace by the combustion. Further, since low-temperature combustion air or the like flows into the gasification furnace, the ambient temperature in the partial combustion region in the gasification furnace is lowered, eventually forming a low-temperature reducing atmosphere and improving the ignitability of the fuel. Since it decreases, combustion becomes unstable and there is a risk of extinction.
従来技術においては、熱分解されて生成ガスとなる燃料と、燃焼により該燃料の加熱と熱分解に必要な熱エネルギを供給する燃料に加えて、上述の燃焼用空気等を加熱するための一定量の燃料をガス化炉内に供給し、ガス化炉内の温度を上昇させて燃焼を行っていた。しかし、この「燃焼用空気等を加熱するための一定量の燃料」は、ガス化炉内で燃焼してしまい、生成ガス生成には寄与しないので、その分、同じ量の生成ガスを製造するために必要な燃料量が増加し、ガス化効率が低下する原因となっていた。 In the prior art, in addition to the fuel that is pyrolyzed into the product gas and the fuel that supplies the thermal energy necessary for heating and pyrolysis of the fuel by combustion, a constant for heating the combustion air and the like described above. An amount of fuel was supplied into the gasifier, and the temperature in the gasifier was raised to perform combustion. However, this “a certain amount of fuel for heating the combustion air” burns in the gasification furnace and does not contribute to the generation of the product gas, so the same amount of product gas is produced accordingly. As a result, the amount of fuel required for the increase increases the gasification efficiency.
前述の特許文献1の発明は、上記問題を解決するため、生成ガスとの熱交換により燃焼用酸素を予熱することとしていたが、該発明も燃焼用酸素の温度をせいぜい450℃程度まで予熱することを開示するにすぎない。このため、特に、揮発や熱分解しにくく、生成ガスを生成しにくい炭種や、水分含有量の多い木材チップ等のバイオマス燃料及び汚泥等を燃料として使用する場合には、ある程度燃焼用酸素の供給量を増加させる必要があり、燃焼用酸素を含む雰囲気全体を高温に加熱するために燃料が消費されることになり、必ずしも、ガス化効率を十分に向上できるとはいえない。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
本発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、様々の炭種の石炭(微粉炭、石炭スラリーを含む)や、汚泥、バイオマス燃料等を燃料として、安定して生成ガスを生成し、高いガス化効率を達成できるガス化炉装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to stably produce gas using coal of various coal types (including pulverized coal and coal slurry), sludge, biomass fuel, and the like as fuel. An object of the present invention is to provide a gasification furnace device that can generate and achieve high gasification efficiency.
上記目的を達成するため、請求項1の発明によっては、固体燃料の一部を燃焼させる部分燃焼領域を備え、該燃焼の燃焼熱により残余の固体燃料を加熱して生成ガスを生成させるガス化炉と、前記ガス化炉から放出される前記生成ガスにより、燃焼用酸化ガスを前記固体燃料の着火温度以上に加熱して高温燃焼用酸化ガスを生成する熱交換手段と、前記高温燃焼用酸化ガスを前記ガス化炉の部分燃焼領域に供給する高温酸化ガス供給手段と、前記固体燃料を前記ガス化炉の部分燃焼領域に供給し、該固体燃料の一部を燃焼させる燃料供給手段とを備えることを特徴とするガス化炉装置が提供される。なお、本発明は種々の固体燃料が適用可能であり、ここでいう「固体燃料」には、石炭や木材チップ等の固体状燃料のほか、汚泥、石炭スラリー等スラリー状の燃料が含まれる。また、「生成ガス」中には、固体燃料が熱分解して発生した生成ガスの他、該生成ガスが燃焼して発生する燃焼排気ガスが含まれる場合がある。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a gasification comprising a partial combustion region in which a part of solid fuel is combusted and generating a product gas by heating the remaining solid fuel by the combustion heat of the combustion. A furnace, heat exchange means for generating a high-temperature combustion oxidizing gas by heating the combustion oxidizing gas to a temperature higher than the ignition temperature of the solid fuel by the generated gas discharged from the gasification furnace, and the high-temperature combustion oxidizing High-temperature oxidizing gas supply means for supplying gas to the partial combustion region of the gasification furnace; and fuel supply means for supplying the solid fuel to the partial combustion region of the gasification furnace and combusting part of the solid fuel. A gasification furnace device is provided. Various solid fuels can be applied to the present invention, and the “solid fuel” here includes solid fuels such as coal and wood chips, and slurries such as sludge and coal slurry. Further, the “product gas” may include a combustion gas generated by burning the product gas in addition to a product gas generated by thermal decomposition of the solid fuel.
請求項2の発明によっては、炉体底部に配設される、流動媒体からなる流動層を有し、該流動層を流動化させる流動床炉方式のガス化炉装置において、固体燃料の一部を燃焼させる部分燃焼領域を前記流動層の上側に形成し、該燃焼の燃焼熱により残余の固体燃料を加熱して生成ガスを生成させるガス化炉と、前記ガス化炉から排出される前記生成ガスにより、燃焼用酸化ガスを前記固体燃料の着火温度以上に加熱して高温燃焼用酸化ガスを生成する熱交換手段と、前記流動層に前記高温燃焼用酸化ガスを吹き込んで流動化させる散気手段と、前記固体燃料を前記流動層に供給し、該固体燃料の一部を燃焼させる燃料供給手段とを備えることを特徴とするガス化炉装置が提供される。 According to a second aspect of the present invention, in a fluidized bed furnace type gasification furnace device having a fluidized bed made of a fluidized medium disposed at the bottom of the furnace body and fluidizing the fluidized bed, part of the solid fuel A gasification furnace that forms a partial combustion region on the upper side of the fluidized bed and heats the remaining solid fuel by the combustion heat of the combustion to generate product gas, and the generation exhausted from the gasification furnace A heat exchange means for generating a high-temperature combustion oxidation gas by heating the combustion oxidation gas to a temperature equal to or higher than the ignition temperature of the solid fuel, and an aeration for injecting and fluidizing the high-temperature combustion oxidation gas into the fluidized bed There is provided a gasifier apparatus comprising: means; and fuel supply means for supplying the solid fuel to the fluidized bed and combusting a part of the solid fuel.
前記燃料供給手段の噴出口より後流側に固体燃料を供給し、該固体燃料を熱分解させて生成ガスを更に発生させる後段燃料供給手段を更に備えていてもよい(請求項3)。
前記生成ガスから粉塵を除去する粉塵除去手段と、該粉塵除去手段により除去された粉塵を前記部分燃焼領域に噴出させる粉塵供給手段とを更に備えていてもよい(請求項4)。
The fuel supply unit may further include a post-stage fuel supply unit that supplies a solid fuel downstream from the jet port of the fuel supply unit and further generates a product gas by thermally decomposing the solid fuel.
The apparatus may further comprise dust removing means for removing dust from the generated gas and dust supply means for ejecting the dust removed by the dust removing means to the partial combustion region.
また、前記燃焼用酸化ガスは、空気であってもよく(請求項5)、酸素であってもよい(請求項6)。
前記熱交換手段は、多管式熱交換器であってもよく(請求項7)、蓄熱式熱交換器であってもよい(請求項8)。
前記固体燃料は、石炭であって、前記熱交換手段は、前記燃焼用酸化ガス温度を、800℃以上に加熱することとしてもよい(請求項9)。
The combustion oxidizing gas may be air (Claim 5) or oxygen (Claim 6).
The heat exchange means may be a multi-tube heat exchanger (Claim 7) or a heat storage heat exchanger (Claim 8).
The solid fuel may be coal, and the heat exchange means may heat the combustion oxidizing gas temperature to 800 ° C. or higher.
請求項1のガス化炉装置は、ガス化炉から放出される高温の生成ガスを熱源として、熱交換手段により、燃焼用酸化ガスを固体燃料の着火温度以上に加熱して高温燃焼用酸化ガスを生成し、該酸化ガスを高温酸化ガス供給手段によりガス化炉に供給するとともに、燃料供給ノズルから供給される固体燃料の一部を燃焼させてガス化炉の部分燃焼領域を高温化させ、残余の石炭を熱分解させて生成ガスを生成するもので、特に、ガス化炉から放出される高温の混合ガスを熱源として燃焼用酸化ガスを固体燃料の着火温度以上に加熱してガス化炉内の部分燃料領域に供給することにその特徴がある。
The gasification furnace apparatus according to
上記、請求項1の発明の技術的特徴により以下の4点の効果が得られる。
第1に、熱交換手段を用いて、生成ガスが有する熱エネルギにより燃焼用酸化ガスを燃料の着火温度以上に加熱するので、ガス化炉内雰囲気が高温となり還元性雰囲気であっても安定した燃焼を維持することができ、また、燃焼用酸化ガスを加熱するために一定量の燃料を余分に燃焼させる必要がない。このため従来技術に比較して同じ量の燃料でより多くの生成ガスを得ることが出来る、すなわち、ガス化効率が向上する。
The following four effects can be obtained by the technical features of the first aspect of the invention.
First, since the combustion oxidizing gas is heated to a temperature higher than the ignition temperature of the fuel by the heat energy of the generated gas using the heat exchange means, the atmosphere in the gasifier becomes a high temperature and is stable even in a reducing atmosphere. Combustion can be maintained, and there is no need to burn a certain amount of fuel extra to heat the combustion oxidizing gas. Therefore, more product gas can be obtained with the same amount of fuel as compared with the prior art, that is, the gasification efficiency is improved.
第2に、高温の燃焼用酸化ガスの供給により燃焼領域に高温雰囲気が形成され、固体燃料の熱分解が促進されて、着火性が向上するので、熱分解しにくく、生成ガスを生成しにくい炭種や、水分含有量の多い木材チップ等のバイオマス燃料及び汚泥等を燃料として使用する場合にも、燃焼用空気等の供給量を増加させる必要がなく、増加した燃焼用空気等を含む雰囲気全体を高温に加熱するための余分の燃料が不要となり、そのためにガス化効率を向上させることができる。 Second, the supply of high-temperature combustion oxidizing gas creates a high-temperature atmosphere in the combustion region, promotes the thermal decomposition of the solid fuel, and improves the ignitability. Even when biomass fuel such as wood chips with a high moisture content and sludge, etc. are used as fuel, there is no need to increase the supply of combustion air, etc., and the atmosphere contains increased combustion air, etc. Extra fuel for heating the whole to a high temperature becomes unnecessary, and gasification efficiency can be improved.
第3に、上記「固体燃料の熱分解が促進される」とは、言い換えれば「熱分解により発生する生成ガス量が増加する」ことであるから、同じ量の燃料から得られる生成ガス量が増加する、すなわちガス化効率が増加する。これは、第1の効果、すなわち、「燃焼用酸化ガスを加熱するための一定量の燃料が不要になるのでガス化効率が向上する」こととは全く別の効果であり、燃料に含まれ、熱分解せずに残留するチャ−の量が減少することによる効果である。 Thirdly, the above-mentioned “promoting thermal decomposition of solid fuel” means, in other words, “increasing the amount of generated gas generated by thermal decomposition”, so that the amount of generated gas obtained from the same amount of fuel is reduced. Increase, ie increase gasification efficiency. This is a completely different effect from the first effect, that is, “a certain amount of fuel for heating the combustion oxidizing gas is no longer necessary, so that the gasification efficiency is improved” and is included in the fuel. This is because the amount of char remaining without thermal decomposition is reduced.
第4に、高温燃焼用酸化ガスを供給するので、補助燃料や補助バーナを使用せず含水率の高い(例えば、80%)の汚泥等のみを燃料として生成ガスを生成させることができる。すなわち、従来技術によってはスラリー状の汚泥を燃料として使用する場合には、多量の水分を蒸発させるため、オイル混焼を行うか、或いは補助バーナ等を使用しているが、本発明によっては高温燃焼用酸化ガスが供給されてその熱により水分を蒸発させられるため、これらの補助装置を必要とせず、含水率の高い汚泥等のみを燃料として使用することができる。 Fourth, since the oxidizing gas for high-temperature combustion is supplied, the produced gas can be generated using only the sludge having a high water content (for example, 80%) as the fuel without using the auxiliary fuel or the auxiliary burner. In other words, depending on the prior art, when slurry sludge is used as fuel, a large amount of water is evaporated, so oil co-firing or an auxiliary burner is used. Since the oxidizing gas is supplied and the water is evaporated by the heat, these auxiliary devices are not required and only sludge having a high water content can be used as the fuel.
請求項2の発明は、流動床炉方式のガス化炉装置において、生成ガスにより燃焼用酸化ガスを固体燃料の着火温度以上に加熱して高温燃焼用酸化ガスを生成する熱交換手段と、流動層に高温燃焼用酸化ガスを吹き込んで流動化させる散気手段と、固体燃料をガス化炉に供給し、固体燃料の一部を燃焼させる燃料供給手段とを備える。その技術的特徴は、流動床炉において、請求項1の発明と同様、生成ガスを熱源として燃焼用酸化ガスを固体燃料の着火温度以上に加熱することにあり、その効果は、流動床方式のガス化炉において、請求項1と同様の効果を奏することができることにある。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fluidized bed furnace type gasification furnace apparatus, wherein heat generating means for generating high temperature combustion oxidizing gas by heating the combustion oxidizing gas to a temperature higher than the ignition temperature of the solid fuel by the generated gas An air diffuser for injecting and fluidizing an oxidizing gas for high-temperature combustion into the bed and a fuel supply means for supplying the solid fuel to the gasification furnace and combusting a part of the solid fuel. The technical feature is that, in the fluidized bed furnace, as in the first aspect of the invention, the combustion gas is heated to a temperature higher than the ignition temperature of the solid fuel by using the generated gas as a heat source. In the gasification furnace, the same effect as in
請求項3の発明によっては、燃料燃料供給手段の噴出口より後流側に固体燃料を供給し、該固体燃料を熱分解させて生成ガスを更に発生させる後段燃料供給手段を更に備えることとしたので、前段の燃料供給手段からの燃料の燃焼により形成される火炎の熱を有効に利用して後段燃料供給手段から供給される固体燃料を熱分解して生成ガスを生成させ、ガス化効率を更に高めることができる。 According to a third aspect of the invention, there is further provided a rear stage fuel supply means for supplying the solid fuel to the downstream side from the jet port of the fuel fuel supply means and further pyrolyzing the solid fuel to further generate a product gas. Therefore, by effectively utilizing the heat of the flame formed by the combustion of the fuel from the preceding stage fuel supply means, the solid fuel supplied from the subsequent stage fuel supply means is pyrolyzed to generate a product gas, thereby improving the gasification efficiency. It can be further increased.
請求項4の発明によっては、生成ガスから粉塵を除去する粉塵除去手段と、該粉塵除去手段により除去された粉塵を部分燃焼領域に噴出させる粉塵供給手段とを更に備えたので、生成ガス中の粉塵が除去され、ガス化炉装置の後流に接続してガス化炉装置からの生成ガスを燃焼等させるガスタービン装置等において該粉塵による磨耗や粉塵付着による閉塞を生じる虞がない。また、粉塵に含まれる可燃性成分をガス化炉に戻して燃焼させることができるので、ガス化効率を向上させることができる。 According to the invention of claim 4, further comprising dust removing means for removing dust from the generated gas, and dust supplying means for ejecting the dust removed by the dust removing means to the partial combustion region. Dust is removed, and there is no possibility of causing clogging due to abrasion or adhesion of dust in a gas turbine apparatus or the like that is connected to the downstream of the gasification furnace apparatus and burns the generated gas from the gasification furnace apparatus. Moreover, since the combustible component contained in the dust can be returned to the gasification furnace and combusted, the gasification efficiency can be improved.
高温燃焼用酸化ガスとしては、適宜濃度の酸素を含有するガスであれば様々のガスが使用できるが、空気を使用して供給コストを低減することも可能であり(請求項5)、また、酸素を使用して生成ガス中に窒素が含まれないようにし、生成ガスの単位体積(又は単位重量)あたりの発熱量を増加させることもできる(請求項6)。
また、熱交換手段としては、様々な方式が採用できるが、多管式熱交換器(請求項7)を適用すると高温ガスが接触する部位に切換弁を必要とせず、又は安価な畜熱材に畜熱させる蓄熱式熱交換器(請求項8)を使用すると、高温耐熱材の使用を必要とする多管式熱交換器に比較してコスト的に有利になる。
As the oxidizing gas for high-temperature combustion, various gases can be used as long as the gas contains oxygen at an appropriate concentration. However, it is possible to reduce supply costs by using air (claim 5). Oxygen can be used so that nitrogen is not contained in the product gas, and the heat generation amount per unit volume (or unit weight) of the product gas can be increased (claim 6).
In addition, various methods can be adopted as the heat exchange means. However, when a multi-tube heat exchanger (Claim 7) is applied, a switching valve is not required at the portion where the high temperature gas comes into contact, or an inexpensive animal heat material. Use of a heat storage type heat exchanger (Claim 8) that causes livestock heat to heat is advantageous in terms of cost compared to a multi-tube heat exchanger that requires the use of a high-temperature heat-resistant material.
さらに、本発明の固体燃料としては、汚泥、バイオマス燃料をはじめとする様々の燃料が使用可能であるが、固体燃料が石炭の場合、石炭の着火性は炭種により異なるが、種々の炭種を考慮しても800℃以上の高温とすることにより(請求項9)、高い着火性が確保され、高いガス化効率を得ることができる。 Furthermore, as the solid fuel of the present invention, various fuels such as sludge and biomass fuel can be used. When the solid fuel is coal, the ignitability of coal varies depending on the coal type, but various coal types Considering the above, by setting the temperature to 800 ° C. or higher (Claim 9), high ignitability is ensured and high gasification efficiency can be obtained.
本発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ種々実施例に基づき説明する。
図1に示す本発明の第1の実施例にかかるガス化炉装置1は、例えば、IGCCの一部として構成され、石炭スラリFLを燃料として生成ガスを生成させ、ガスタービン発電設備の燃料として、該生成ガスを供給するものである。
ガス化炉装置1は、石炭スラリ(固体燃料)FLの一部を乾燥(水分蒸発)させて燃焼させる部分燃焼領域10aを備え、該燃焼の燃焼熱により残余の石炭スラリFLを乾燥、加熱して生成ガスGを生成させるガス化炉10と、ガス化炉10から排出される生成ガスGにより、燃焼用酸化ガスBAを石炭(乾燥石炭)の着火温度(例えば、800℃)以上に加熱して高温燃焼用空気BAH(高温燃焼用酸化ガス)を生成する多管式熱交換器(熱交換手段)21と、高温燃焼用空気BAHをガス化炉10の部分燃焼領域10aに噴出させる高温空気ノズル12(高温酸化ガス供給手段)と、石炭スラリFLをガス化炉10の部分燃焼領域10aに供給し、石炭スラリFLの一部を乾燥、燃焼させる燃料供給管(燃料供給手段)11等を備えて構成される。
A mode for carrying out the present invention will be described based on various embodiments with reference to the drawings.
A
The
ガス化炉10は、両端が半球状の蓋部及び底部により閉じた縦型円筒形状を有し、上部の蓋部には、図示しないスラリ貯層から供給される石炭スラリFLを部分燃焼領域10aに供給して乾燥させ、その一部を燃焼させて火炎Fを形成させる燃料供給管11、高温燃焼用空気BAHを火炎F近傍に噴出させる高温空気ノズル12等を備え、またガス化炉10底部には、熱交換器21の生成ガス入口21aに配管を介して接続する生成ガス排気口10cを備える。なお、ガス化炉10内部は、燃料ノズル11近傍の、石炭スラリFLの一部を乾燥、燃焼させて火炎Fを形成させる部分燃焼領域10aと、部分燃焼領域10aの下側(生成ガスの流れとしては後流)の空間であって、火炎Fの輻射熱および燃焼排気ガスの熱により残余の石炭スラリFLを乾燥、熱分解させて生成ガスGを生成するガス生成領域10bとに区分される。
The
なお、ガス化炉10の寸法は特に限定するものではないが、部分燃焼による火炎Fの形成を妨げないよう部分領域10aの径や高さを設定するとともに、生成ガスGがガス生成領域10b内を下降して流れる間に生成ガスGに同伴する石炭スラリが総て乾燥、熱分解して生成ガスGを生成するよう、生成ガスGの下降速度と熱分解の反応時間等とを考慮してガス生成領域の高さが設定され、全体としてガス化炉10の径と高さとが設定される。また、生成ガス排気口10cを底部に配置するのは、ガス生成領域10bでの生成ガスGの下降時間を十分に確保するためである。
Although the size of the
燃料供給管11は、部分燃焼領域10aを臨むようにガス化炉10蓋部に取りつけられており、図示しないスラリ供給貯層から供給される石炭スラリFLを燃焼領域10aに供給する機能を有する。燃料供給管11の形状、大きさ、材質、供給方向等については、特に制限はないが、石炭スラリFLを部分燃焼領域10aの所望の位置に閉塞なく供給できる様々の形式のものが採用できる。また、乾燥した石炭に着火することのできる図示しない着火装置も備える。
The
高温空気ノズル12は、ガス化炉10蓋部に開口し、高温燃焼用空気BAHを適宜方向に適宜強さの旋回を与えて部分燃焼領域10aに噴出させるもので、該噴出機能を有する様々の形式が採用できる。
多管式熱交換器21は、ガス化炉10の下側に配設され、多管式熱交換器21の生成ガス入口21aが、生成ガス排気口10cと、生成ガス出口21bが後述する脱硫装置22入口に、燃焼用空気入口21dが図示しない給気装置に、燃焼用空気出口21cが高温空気ノズル12に、それぞれ配管を介して接続する。
The high-
The
熱交換器21は、生成ガス排気口10cから放出された高温の生成ガスGを流入させて、該生成ガスGを熱源として図示しない給気装置から供給される燃焼用空気BAを、例えば、800℃まで加熱し、高温燃焼用空気BAHとして高温空気ノズル12から部分燃焼領域10aに噴出させる機能を有する。多管式熱交換器21は、公知のものであり、その形状、材質等は特に限定するものではないが、例えば、900〜1000℃の生成ガスGと燃焼用空気BAとの熱交換を行うものであるので、伝熱面等の部分については十分な耐熱性が要求され、例えば耐熱合金が好適に使用できる。
The
熱交換器21の下側には、さらに溶融灰スラグを収納するホッパ31が配設され、熱交換器21底部には、スラグ出口21eが開口して配管を介してホッパ31上部に開口するスラグ入口31aに接続する。
熱交換器21の生成ガス出口21bに接続する脱硫装置22の生成ガス出口22aは、図示しない集塵器を介してガスタービン燃焼室(図示せず)へ接続しており、脱硫装置22は、温度が低下した状態で熱交換器21から排出される生成ガスG中の硫黄酸化物等を除去した上で、集塵器を介してガスタービン燃焼室へ供給する機能を有する。
A
The
次に本ガス化炉装置1の作用を説明する。
ガス化炉10の部分燃焼領域10aには、燃料供給管11から石炭スラリFLが供給され、該石炭スラリFLの一部に含まれる水分が蒸発し、該石炭スラリが乾燥、燃焼して火炎Fを形成する。火炎F周囲には、高温空気ノズル12から噴出する高温燃焼用空気BAHが噴出供給される。また、残余の石炭スラリFLの一部は高温に熱せられて分解し生成ガス(H2、CO、CH4、C2H2等)Gを発生する。生成ガスGは、燃焼そのものにより発生する燃焼排気ガスとともに、部分燃焼領域10aからガス生成領域10内に向って下降して流れる。なお、この下降流は、脱硫装置22の更に後流側に設置される図示しないブロワの吸気作用により発生するもので、その流量や圧力は該ブロワ等により適宜調整される。生成ガスG中には、未反応の石炭スラリFL(該石炭スラリが乾燥したものを含む)も含まれるが、ガス生成領域10b内を下降する間に該未反応の石炭スラリFLが火炎Fの輻射熱や高温の生成ガスGの熱により乾燥、熱分解されて生成ガスGを生成する。前述のように、ガス生成領域10bの高さは、生成ガスGがガス生成領域10b内に、かかる反応を完結させるのに必要な時間滞留した後に生成ガス排気口10cからガス化炉10外へ排出されるように設定されるので、燃料ノズル11から供給された石炭スラリFLの殆どすべてが生成ガスGとなって生成ガス排気口10cから排出される。また、燃焼及び熱分解により発生し、高温のため溶融状態で生成ガスに同伴する溶融灰は、溶融灰スラグMSとなってガス化炉10内を下へ移動し、生成ガス排気口10cから、熱交換器21内へ流入し、途中で冷却されつつ、さらに熱交換器スラグ出口21eを介してホッパ31に収容される。
Next, the operation of the
The coal slurry FL is supplied from the
高温の生成ガスGは、生成ガス排気口10cから配管を介して熱交換器21に流入し、図示しない給気装置から供給される燃焼用空気BAを、石炭の着火温度、例えば、種々の炭種を考慮して800℃以上に加熱して燃焼用空気BAHを生成して自らの温度は低下する。なお、生成ガスの温度は、ガスタービン燃料として適切な温度等を考慮して設定される。温度の低下した生成ガスGは、脱硫装置22で硫黄酸化物等を除去し、更に図示しない集塵装置により塵埃などを除去した上で、例えば、図示しないガスタービンの燃焼室へ燃料として供給される。脱硫装置22から排出される生成ガスGの温度は、前述のとおり後段に接続されるガスタービン設備等の受け入れ条件に適合するように調整される。
The hot product gas G flows into the
一方、多管式熱交換器21におおいて加熱された高温燃焼用空気BAHは、高温空気ノズル12から、部分燃焼領域10aに形成されている火炎F近傍へ噴出供給される。
従来技術では燃焼用空気の加熱のために燃料を余分に必要としていたが、本ガス化炉装置1ではかかる余分の燃料が不要となり、ガス化炉10に供給される燃料の大部分が熱分解されて生成ガスを生成するのでガス化効率が向上する。発明者の試算によれば、本装置1により生成ガスGを製造した場合、ガス化炉10内に供給する燃焼用空気量を、従来技術に比較して10〜15%程度減少させることができる。燃焼用空気を減少させられるということは、それだけ、ガス化炉10内で加熱のために燃焼してしまう燃料の量が減少し、その分の燃料が生成ガスG生成に寄与することを意味し、同じ燃料量でそれだけ多くの生成ガスGが得られる、すなわちガス化効率が向上するということである。
On the other hand, the high-temperature combustion air BAH heated in the
In the prior art, extra fuel is required for heating the combustion air. However, in the
以上で第1の実施例にかかるガス化炉装置1の説明を終了するが、第1実施例にかかるガス化炉装置には様々の態様があることはいうまでもない。以下にかかる別態様について説明する。
第1実施例においては、熱交換器21から排出される生成ガスGを直接脱硫装置22へ供給していたが、図2に示すように熱交換器21の生成ガス出口21bと脱硫装置22との間にサイクロン(粉塵除去手段)32を介装して、生成ガスG中の粉塵(飛灰、チャ−を含む)を除去して該ガスGを脱硫装置22へ供給するとともに、除去された粉塵は、高温空気ノズル12近傍に設置された粉塵ノズル(粉塵供給手段)33を介してガス化炉10内に戻す構造としてもよい。生成ガスG中に含まれる粉塵をサイクロン32により除去して、脱硫装置22や更にその後流に接続されるガスタービン装置等における粉塵による閉塞や磨耗を防止するとともに、除去された粉塵は、ガス化炉10内に戻して燃焼または溶融処理でき、特にチャ−についてはガス化炉10内でガス化させてガス化効率をさらに向上できる。
Although the description of the
In the first embodiment, the product gas G discharged from the
第1実施例においては燃料供給管11を部分燃焼領域10aを臨むようにのみ設置したが、図3に示すように該燃料供給管11に加えて、ガス生成領域10bを臨むように後段燃料供給管(後段燃料供給手段)41を設置してもよい。この場合には、燃料供給管11から供給される石炭スラリFLの一部により火炎が形成され、ガス化炉10内が高温になる。一方、該後段燃料供給管41から供給される石炭スラリFLは、上記火炎からの輻射熱等により加熱されるが、燃焼用の空気が供給されず、後段燃料供給管41近傍には強い還元性雰囲気が形成され、石炭スラリFLの殆どは燃焼せず、乾燥、熱分解して生成ガスGを生成する。
In the first embodiment, the
第1実施例においては、熱交換手段を多管式熱交換器としたが交番型あるいは回転型の蓄熱式熱交換器を熱交換手段として使用することもできる。
さらに、第1実施例においては、燃焼用酸化ガスとしては空気を使用したが、これに代えて酸素を使用してもよい。酸素を使用した場合には、生成ガスの中に窒素が含まれず、生成ガスの単位体積(又は単位重量)あたりの発熱量が増加する。
In the first embodiment, the heat exchanging means is a multi-tubular heat exchanger, but an alternating or rotating heat storage type heat exchanger can also be used as the heat exchanging means.
Furthermore, in the first embodiment, air is used as the combustion oxidizing gas, but oxygen may be used instead. When oxygen is used, nitrogen is not contained in the product gas, and the heat generation amount per unit volume (or unit weight) of the product gas increases.
また、第1実施例においては、固体燃料としては石炭スラリFLを使用したが、微粉炭やより粒子の粗い粒状の石炭や木材チップ等のバイオマス燃料、或いは、例えば含水率80%程度の汚泥を使用することもできる。特に汚泥を使用した場合には、燃焼、或いは熱分解による生成ガス生成の前に、汚泥に含有される水分を蒸発させることが必要になるが、本発明によっては、ガス化炉内に高温燃焼用空気BAHを供給するので、第1実施例の石炭スラリの乾燥、部分燃焼及び熱分解による生成ガス生成プロセスと同様、補助燃料や補助バーナを使用せずに、汚泥のみを燃料として該水分を蒸発させ、生成ガスを生成させることができる。 In the first embodiment, the coal slurry FL is used as the solid fuel, but biomass fuel such as pulverized coal, coarser granular coal or wood chips, or sludge having a water content of about 80% is used. It can also be used. In particular, when sludge is used, it is necessary to evaporate the water contained in the sludge before combustion or generation of product gas by thermal decomposition. Since the air BAH is supplied, the moisture is obtained by using only sludge as fuel without using auxiliary fuel or auxiliary burner, as in the case of the production gas generation process by drying, partial combustion and pyrolysis of the coal slurry of the first embodiment. The product gas can be generated by evaporation.
第1実施例においては、本ガス化炉は、ガス化複合サイクル発電への燃料供給を目的として使用したが、水素ガス、ジメチルエーテル或いはメタノール等の燃料生産システム、或いはガス化燃料電池発電システム(IGFC)等への燃料供給も考えられる。
本発明の第2の実施例にかかるガス化炉装置50を図4を参照しつつ説明する。
ガス化炉装置50は、微粉炭を燃料とする噴流床炉方式のガス化炉51に本発明を適用するものであり、ガス化炉51の形状、構造及びそれに伴なう生成ガス、溶融灰スラグ等の流れ等が異なり、また、燃料が水分を含まないことために、燃料の乾燥がなく部分燃焼及び熱分解を生じる等の相違があるが、それ以外の基本的な装置構成、作用効果は第1実施例と同様である。
In the first embodiment, the gasifier is used for the purpose of supplying fuel to the gasification combined cycle power generation. However, a fuel production system such as hydrogen gas, dimethyl ether or methanol, or a gasification fuel cell power generation system (IGFC) is used. ) Etc. can also be considered.
A
The
本ガス化炉装置50は、微粉炭(固体燃料)FCの一部を燃焼させる部分燃焼領域52aを備え、該燃焼の燃焼熱により残余の微粉炭FCを加熱して生成ガスGを生成させるガス化炉51と、ガス化炉51から排出される生成ガスGにより、燃焼用酸化ガスBAを微粉炭の着火温度(例えば、800℃)以上に加熱して高温燃焼用空気BAH(高温燃焼用酸化ガス)を生成する多管式熱交換器(熱交換手段)57と、高温燃焼用空気BAHをガス化炉51の部分燃焼領域52aに噴出させる高温空気ノズル(高温酸化ガス供給手段)56と、微粉炭FCをガス化炉51の部分燃焼領域52aに噴出させて、微粉炭FCの一部を燃焼させる燃料ノズル(燃料供給手段)55等を備えて構成される。
The
ガス化炉51は、微粉炭の一部を燃焼させる部分燃焼領域52aを備え、該燃焼による火炎Fを形成するコンバスタ52と、コンバスタ52の上側(生成ガスの流れとしては後流)に配設され、火炎Fの輻射熱および燃焼排気ガスの熱により残余の微粉炭を熱分解させるリダクタ53及びコンバスタ52の下側に配設され、コンバスタ52内における微粉炭FC燃焼、リダクタ53内における微粉炭FCの熱分解等により発生する溶融灰スラグMSを回収するホッパ54等を備える。
The
コンバスタ52は、リダクタ53と連通する円環状の蓋部と円筒状の胴部と漏斗状の底部とから形成され、胴部には、図示しないミルにより適宜平均粒径に粉砕され搬送用空気により圧送される微粉炭FCをコンバスタ内の部分燃焼領域52aに噴出させて火炎Fを形成させる燃料ノズル55、高温燃焼用空気BAHを火炎F近傍に噴出させる高温空気ノズル56等を備える。
The
燃料ノズル55は、部分燃焼領域52aを臨むようにコンバスタ52胴部に取りつけられており、図示しないミルから搬送用空気により圧送された微粉炭FCを燃焼領域52aに噴出する機能を有する。燃料ノズル55の形状、大きさ、材質、噴出方向、旋回強さ、噴出させた燃料の濃淡分布等については、特に制限はないが、微粉炭FCを部分燃焼領域52aの所望の位置に閉塞なく噴出させることのできる様々の形式のものが採用できる。但し、ノズル先端部に微粉炭に着火するための着火機構(図示せず)を有することはいうまでもなく、スラッギング防止装置等適宜必要装置を付加することができる。
The
リダクタ53は、上端に蓋を有する円筒形状を形成しており、下端部はコンバスタ52に連通し、上端の蓋部(炉頂部)には、生成ガスGをガス化炉51外へ放出する生成ガス排気口53aを備え、前述のようにコンバスタ52の火炎の輻射熱及び高温の燃焼排気ガスからの熱により残余の微粉炭FCを熱分解して生成ガスを生成する機能を有する。
多管式熱交換器57は、リダクタ53の生成ガス排気口53aから放出された高温の生成ガスGを流入させて、該生成ガスGを熱源として図示しない給気装置から供給される燃焼用空気BAを、例えば、800℃まで加熱し、高温燃焼用空気BAHとして高温空気ノズル56からコンバスタ52aの部分燃焼領域に噴出させる機能を有する。
The
The
脱硫装置58の生成ガス出口58aは、図示しない集塵装置を介してガスタービン燃焼室(図示せず)へ接続しており、脱硫装置58は、温度が低下した状態で熱交換器57から排出される生成ガスG中の硫黄酸化物等を除去した上で、生成ガスGを該設備へ供給する機能を有する。
上記に説明した以外のシステム構成、機器等については第1実施例と同様であるので説明を省略する。
The generated
Since the system configuration, equipment, etc. other than those described above are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
次に本ガス化炉装置50の作用について説明する。
燃料ノズル55から噴出する微粉炭燃料FCの一部が、高温空気ノズル56から供給される高温燃焼用空気BAHにより燃焼し、部分燃焼領域52a内に高温の還元雰囲気を形成する。この部分燃焼領域52aで燃料FCの熱分解により発生した生成ガスGとそれに同伴する未燃の燃料FCがリダクタ53内を上昇しつつ、燃焼火炎Fからの輻射熱及び高温の生成ガスGに晒されることにより未燃の燃料FCが加熱され、熱分解して生成ガスGを生成する。この際発生する溶融灰は下へ落下し、溶融スラグMSとなってホッパ54へ回収される。高温の生成ガスGは、リダクタ頂部の生成ガス排気口53aから熱交換器57へ導かれそこで燃焼用空気BAを微粉炭燃料の着火温度(例えば、800℃)以上に加熱し、自らの温度は低下し、脱硫器58において硫黄酸化物等を除去された上で図示しないガスタービンの燃焼室などへ送られる。一方高温に加熱された高温燃焼用空気BAHは高温空気ノズル56から部分燃焼領域52aに噴出されることは前述のとおりである。
Next, the operation of the
A part of the pulverized coal fuel FC ejected from the
以上のプロセスにより生成ガスGが生成されるため、高温の生成ガスGにより燃焼用空気が加熱され、該加熱のために特に燃料を加えて燃焼させる必要がなく、そのためにガス化効率が向上する等、第1実施例と同様の効果が生じることはいうまでもない。
次に本発明の第3の実施例にかかるガス化炉装置60を図5を参照しつつ説明する。
本ガス化炉装置60は、流動床炉をガス化炉61として本発明を適用する例であり、ガス化炉61の形状、構造等及びそれに伴なう生成ガスの流れ等を除く、基本的なシステム構成、機器等及びその作用効果については、第1実施例と同様である。
Since the generated gas G is generated by the above process, the combustion air is heated by the high-temperature generated gas G, and it is not necessary to add and burn fuel in particular for the heating, thereby improving the gasification efficiency. Needless to say, the same effects as in the first embodiment are produced.
Next, a
This
ガス化炉装置60は、石炭スラリー(固体燃料)FLを燃料とするガス化炉設備であるが、底部近傍に流動媒体である砂の流動層が形成され、流動層を流動化させながら石炭スラリFLを乾燥(水分蒸発)させ、その一部を燃焼させるとともに残余の石炭スラリFLを、乾燥、熱分解させてガス化するガス化炉61と、該ガス化炉61から排気される生成ガスGを熱源として、燃焼用空気BAを、石炭スラリFLを乾燥させ着火温度以上に加熱することのできる温度まで加熱する多管式熱交換器(熱交換手段)71等を備える。
The
ガス化炉61は、上部に膨らみを有し、上下両端が閉じられた円筒状構造物である。底部近傍に炉床62が配設され、ガス化炉61を炉床62上側の上部空間63と下側の空気室67とに区画している。上部空間63は、砂(流動媒体)64aが適宜高さまで充填される流動層64、流動化した石炭(石炭スラリが乾燥したもの)の一部が燃焼する部分燃焼領域65と、更にその上の炉頂近傍のリダクタ66が炉床62から上に向ってこの順序で形成される。部分燃焼領域65とリダクタ66との境界近傍のガス化炉61壁面には石炭スラリFLをガス化炉61内に供給する燃料供給管68が開口している。
The
一方、ガス化炉61の炉頂近傍には、ガス化炉61内で生成する生成ガスGを排出する生成ガス排気口66aが配設され、該排気口66aは配管を介して多管式熱交換器71に接続し、さらに熱交換後の生成ガスGは、生成ガスG中の硫黄酸化物等を除去する脱硫装置72を経て図示しない集塵装置を介してガスタービン燃焼室(図示せず)に供給される構造となっている。
On the other hand, in the vicinity of the top of the
また、空気室67内には、後述する高温燃焼用空気BAHを、空気室67に噴出させる高温空気ノズル67aを備える。
炉床62には、炉床62を上下に貫通する孔部である、多数の散気ノズル(散気手段)62aが開孔しており、前述の高温空気ノズル67aから空気室67へ流入した高温燃焼用空気BAHを流動層64内へ均一に吹き込むことができる構造となっている。なお、該炉床62および散気ノズル62aは、それぞれ流動床炉において公知のものである。
The
In the
多管式熱交換器71は、ガス化炉61の生成ガス排気口66aから排出される高温の生成ガスGと、燃焼用空気BAとを熱交換させ、燃焼用空気BAを加熱して、高温燃焼用空気BAHを生成し、高温空気ノズル67aを介して空気室67へ噴出される構造となっている。
燃料供給管(燃料供給手段)68は、石炭スラリFLを定量的にガス化炉61の流動層の上に供給するものである。
The
The fuel supply pipe (fuel supply means) 68 quantitatively supplies the coal slurry FL onto the fluidized bed of the
次に本ガス化炉装置60の作用について説明する。
高温燃焼用空気BAHが高温空気ノズル67aを介して空気室67に流入し、炉床62の多数の散気ノズル62aを通して流動層64内に均一に噴出し、流動媒体(砂)64aをまきあげて流動層64を流動化させる。この状態で燃料供給管68から流動層64の上に石炭スラリFLが供給される。該石炭スラリFL中の水分が、高温燃焼用空気BAHによりただちに蒸発し、燃料FL自身も水分蒸発により乾燥するとともに、燃料FLの一部が高温燃焼用空気BAHにより加熱され着火温度まで加熱されて着火し、燃焼火炎Fを形成する。このとき、残余の未燃石炭スラリ(及びその乾燥物)は、燃焼ガスとともにリダクタ66内を上昇しつつ火炎Fからの輻射熱及び燃焼排気ガスを含む生成ガスGにより加熱されて熱分解して生成ガスGを生成する。
Next, the operation of the
The high-temperature combustion air BAH flows into the
生成ガスGは、生成ガス排気口66aから排出され、熱交換器71において燃焼用空気BAを加熱して例えば800℃程度の高温燃焼用空気BAHを生成させ、自らの温度は低下して、脱硫装置72において硫黄酸化物等が除去され図示しないガスタービン燃焼室などへ供給される。
以上のプロセスにより生成ガスGが生成されるため、高温の生成ガスGにより燃焼用空気が加熱され、該加熱のために特に燃料を加えて燃焼させる必要がなく、そのためにガス化効率が向上する等、第1実施例と同様の効果が生じることはいうまでもない。
The product gas G is discharged from the product
Since the generated gas G is generated by the above process, the combustion air is heated by the high-temperature generated gas G, and it is not necessary to add and burn fuel in particular for the heating, thereby improving the gasification efficiency. Needless to say, the same effects as in the first embodiment are produced.
なお、第2、第3実施例については代表的な例を説明するに留めたが、第1実施例に記載した様々の別態様を適宜適用することができることはいうまでもない。
なお、ここで説明した実施形態は一つの例であって、本発明はこれのみに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において変更を加えうることはいうまでもない。
Although the second and third embodiments have been described only as representative examples, it is needless to say that various other modes described in the first embodiment can be applied as appropriate.
In addition, embodiment described here is an example, Comprising: This invention is not limited only to this, It cannot be overemphasized that a change can be added in the range of the summary of this invention.
1、50、60 ガス化炉装置
10、51、61 ガス化炉
10a、52a、65 部分燃焼領域
11、68 燃料供給管
12、56、67a 高温空気ノズル
21、57,71 多管式熱交換器
32 サイクロン
33 粉塵ノズル
41 後段燃料供給管
55 燃料ノズル
62 炉床
62a 散気ノズル
64 流動層
64a 砂(流動媒体)
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記ガス化炉から排出される前記生成ガスにより、燃焼用酸化ガスを前記固体燃料の着火温度以上に加熱して高温燃焼用酸化ガスを生成する熱交換手段と、
前記高温燃焼用酸化ガスを前記ガス化炉の部分燃焼領域に供給する高温酸化ガス供給手段と、
前記固体燃料を前記ガス化炉の部分燃焼領域に供給する、該固体燃料の一部を燃焼させる燃料供給手段と
を備えることを特徴とするガス化炉装置。 A gasification furnace comprising a partial combustion region for burning a part of the solid fuel, and heating the remaining solid fuel by the combustion heat of the combustion to generate a product gas;
Heat exchange means for generating a high-temperature combustion oxidizing gas by heating the combustion oxidizing gas above the ignition temperature of the solid fuel by the generated gas discharged from the gasification furnace;
High temperature oxidizing gas supply means for supplying the high temperature combustion oxidizing gas to the partial combustion region of the gasifier,
A gasification furnace apparatus comprising: a fuel supply unit configured to supply part of the solid fuel to the partial combustion region of the gasification furnace and to burn a part of the solid fuel.
固体燃料の一部を燃焼させる部分燃焼領域を前記流動層の上側に形成し、該燃焼の燃焼熱により残余の固体燃料を加熱して生成ガスを生成させるガス化炉と、
前記ガス化炉から排出される前記生成ガスにより、燃焼用酸化ガスを前記固体燃料の着火温度以上に加熱して高温燃焼用酸化ガスを生成する熱交換手段と、
前記流動層に前記高温燃焼用酸化ガスを吹き込んで流動化させる散気手段と、
前記固体燃料を前記流動層に供給し、該固体燃料の一部を燃焼させる燃料供給手段と
を備えることを特徴とするガス化炉装置。 In a fluidized bed furnace type gasifier having a fluidized bed made of a fluidized medium disposed at the bottom of the furnace body and fluidizing the fluidized bed,
A gasification furnace for forming a partial combustion region for burning a part of the solid fuel above the fluidized bed and heating the remaining solid fuel by the combustion heat of the combustion to generate a product gas;
Heat exchange means for generating a high-temperature combustion oxidizing gas by heating the combustion oxidizing gas above the ignition temperature of the solid fuel by the generated gas discharged from the gasification furnace;
Aeration means for injecting and fluidizing the oxidizing gas for high-temperature combustion into the fluidized bed;
A gasifier apparatus comprising: fuel supply means for supplying the solid fuel to the fluidized bed and combusting a part of the solid fuel.
該粉塵除去手段により除去された粉塵を前記部分燃焼領域に噴出させる粉塵供給手段とを更に備えることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載のガス化炉装置。 Dust removing means for removing dust from the generated gas;
The gasifier apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising dust supply means for ejecting dust removed by the dust removing means to the partial combustion region.
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