JP2006182805A - 有機系燃料のガス化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス化炉の内壁に付着したスラッグを効率的にそぎ落とすことのできるガス化装置を提供する。
【解決手段】有機系燃料のガス化装置のガス化炉の内壁に付着したスラッグをそぎ落とすスラッグそぎ落とし手段を設ける。このスラッグそぎ落とし手段としては、ブラスト粒子を前記ガス化炉の内壁に沿って周回するように投入する機構を有するものと、ガス化炉の中心を上下動可能に回転する駆動軸と、該駆動軸の先端に軸方向に垂直に固定されたパドルと、該パドルの両端に固定されてガス化炉の内壁に摺接する掻き板とを有してなるものと、ガス化炉の内周に摺接可能に位置する輪板状の掻き板と、この掻き板をガス化炉の内壁に沿って上下動可能に指示する一組の駆動軸とを有してものを、用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、石油、石炭などの化石燃料、廃棄物、バイオマス等の有機系燃料を用いたガス化装置に関するもので、さらに詳しくは、有機系燃料を燃焼し、生成ガスを発生させるガス化炉の内壁にスラッグが付着、成長するのを防止することのできるガス化装置に関するものである。

石油、石炭などの化石燃料、廃棄物、バイオマス等の可燃性物質（有機系燃料）を用いたガス化装置が種々開発されている。その典型的な構成を、図８に示す。この従来のガス化装置は、噴流床吹き上げ式の竪型炉と呼称されている炉を用いたもので、図に示すように、ガス化装置は、通常、有機系燃料を燃焼して生成ガスを発生するガス化炉１と、このガス化炉１に有機系燃料を供給する有機系燃料供給手段２とを有する（例えば、特許文献１を参照）。

前記ガス化炉１は、径の大きな上部のガス生成部３から下部にかけて徐々に径が小さくなり、径の小さな直管状の首部４となり、その下部に灰溜め部５が形成されている構造を有している。前記ガス生成部３の上部には生成ガス排出口６が形成されており、同ガス生成部３の下部には有機系燃料供給手段２を構成するバーナーノズル７が取り付けられている。前記首部４にはガス化剤の注入口８が形成されている。

前記有機系燃料供給手段２は、前記バーナーノズル７と、ガス化剤と有機系燃料とがエアロゾル状態に混合された燃料を前記バーナーノズル７に供給する搬送管９と、有機系燃料とガス化剤とを混合するインジェクタ１０と、該インジェクタ１０に有機系燃料を投入するホッパ１１とを有する。前記ホッパ１１には定量フィーダ１１ａが取り付けられており、有機系燃料の定量供給が可能になっている。

前記構成の有機系燃料のガス化装置では、空気等のガス化剤が首部４の注入口８から炉内上部に向けて注入されるとともに、有機系燃料がガス化剤に搬送されてバーナーノズル７から炉内に供給され、燃焼される。炉内に供給された有機系燃料は下から吹き上げられてくるガス化剤と燃焼熱による上昇流により浮上状態に置かれながら燃焼され、生成ガスを発生させる。燃焼によって生じた灰は、首部４を落下して、その下方の灰溜め部５に堆積し、系外に回収される。

特開２００１−３４８５７８号公報

しかしながら、前記構成のガス化装置においては、下記のような問題点が指摘されている。すなわち、有機系燃料としては、石炭などの化石燃料や、木材などの廃棄物、そして草木などのバイオマス材料が用いられるが、それらの中で草類などの燃焼灰の融点が低いものを前記ガス化炉内で燃焼した場合、ガス化炉１内は９００〜１２００℃の高温になっているので、前記燃焼灰は灰溜め部５に落下する前に溶融もしくは軟化され、その溶融物もしくは軟化物（主成分は、ナトリウム、カリウム）がガス化炉１の内壁に付着してしまう。この付着堆積物はスラッグ１２と呼称され、その付着堆積現象はスラッギングと呼称されている。このスラッグ１２は、前記ガス化炉１の炉内温度より軟化点もしくは融点が低い灰を生じる有機系燃料を燃焼させ続ける場合、累積的に成長していき、ガス化炉の燃焼効率を著しく低下させることになる。さらに放置すれば、炉内の上昇流を閉塞することにも発展する。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、ガス化炉の内壁に付着したスラッグを効率的にそぎ落とすことのできるガス化装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項［１］にかかる有機系燃料のガス化装置は、有機系燃料を燃焼して生成ガスを発生するガス化炉と、このガス化炉に有機系燃料を供給する有機系燃料供給手段とを有してなる有機系燃料のガス化装置において、前記ガス化炉の内壁に付着したスラッグをそぎ落とすスラッグそぎ落とし手段を有することを特徴とする。

本発明の請求項［２］にかかる有機系燃料のガス化装置は、前記請求項［１］のガス化装置において、前記スラッグそぎ落とし手段が、ブラスト粒子を前記ガス化炉の内壁に沿って周回するように投入するブラスト用ノズルと、該ノズルにブラスト粒子を供給するブラスト供給手段とを有してなることを特徴とする。

本発明の請求項［３］にかかる有機系燃料のガス化装置は、前記請求項［２］のガス化装置において、前記有機系燃料を前記ガス化炉に投入するためのバーナーノズルが前記ブラスト用ノズルを兼用していることを特徴とする。

本発明の請求項［４］にかかる有機系燃料のガス化装置は、前記請求項［２］のガス化装置において、前記ブラスト用ノズルが複数個設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項［５］にかかる有機系燃料のガス化装置は、前記請求項［４］のガス化装置において、前記複数のブラスト用ノズルの一部が前記バーナーノズルより下方に取り付けられ、他のブラスト用ノズルが前記バーナーノズルより上方に取り付けられていることを特徴とする。

本発明の請求項［６］にかかる有機系燃料のガス化装置は、前記請求項［２］〜［４］のいずれか１項のガス化装置において、前記ブラスト粒子の連続供給および間欠供給を制御する供給制御手段がさらに設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項［７］にかかる有機系燃料のガス化装置は、前記請求項［２］〜［６］のいずれか１項のガス化装置において、前記ガス化炉から排出される灰分を受けて有機系燃料灰と前記ブラスト材とを濾別し、ブラスト材を回収するブラスト材回収手段がさらに設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項［８］にかかる有機系燃料のガス化装置は、前記請求項［１］のガス化装置において、前記スラッグそぎ落とし手段が、ガス化炉の中心を上下動可能に回転する駆動軸と、該駆動軸の先端に軸方向に垂直に固定されたパドルと、該パドルの両端に固定されてガス化炉の内壁に摺接する掻き板とを有してなることを特徴とする。

本発明の請求項［９］にかかる有機系燃料のガス化装置は、前記請求項［８］のガス化装置において、前記駆動軸、パドル、および掻き板が互いに連通する中空構造を有しており、内部に冷却材が循環可能となっていることを特徴とする。

本発明の請求項［１０］にかかる有機系燃料のガス化装置は、前記請求項［８］のガス化装置において、前記駆動軸、パドル、および掻き板が互いに連通する中空構造を有するとともに、前記掻き板の周回方向前面に噴射孔が形成されており、前記駆動軸側から内部に圧入された冷却材が前記掻き板の前面から噴射可能となっていることを特徴とする。

本発明の請求項［１１］にかかる有機系燃料のガス化装置は、前記請求項［１］のガス化装置において、前記スラッグそぎ落とし手段が、ガス化炉の内周に摺接可能に位置する輪板状の掻き板と、この掻き板をガス化炉の内壁に沿って上下動可能に指示する一組の駆動軸とを有してなることを特徴とする。

本発明の請求項［１２］にかかる有機系燃料のガス化装置は、前記請求項［１１］のガス化装置において、前記一組の駆動軸および輪板状掻き板が互いに連通する中空構造を有しており、内部に冷却材が循環可能となっていることを特徴とする。

本発明にかかる有機系燃料のガス化装置は、燃焼灰の融点が低い有機系燃料を燃料として用いた場合であっても、ガス化炉の内壁に付着したスラッグを効率的にそぎ落とす機能を有しているので、スラッグによる燃焼効率の低下や、炉の閉塞を防ぐことができ、幅広い有機系燃料を効率的かつ持続的に燃焼処理することができる。

以下に、本発明にかかる有機系燃料のガス化装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。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。

図１は、本発明にかかる有機系燃料のガス化装置の第１の実施例を示す図である。図中、前記図８に示した構成と同一構成には同一符号を付して説明を簡略化する。前述のように本発明の特徴は、ガス化炉１の内壁に付着したスラッグ１２をそぎ落とすスラッグそぎ落とし手段を有することにある。本実施例１の特徴は、珪砂などの比重が高く、かつ高灰融点の無機質材からなるブラスト材をホッパ１３に充填しておき、このホッパ１３に取り付けた定量フィーダー１４から所定量を、前記インジェクタ１１に有機系燃料と一緒に供給する構成にある。

有機系燃料と混合されたブラスト材は、ガス化剤によって搬送され、バーナーノズル７からガス化炉１の内壁に沿って周回するように投入されることになる。ブラスト材は、ガス化炉１の内壁をこすりながら、螺旋状に周回するので、内壁面にスラグが付着していると、それをそぎ落とす作用を発揮する。

前記ブラスト材の粒径としては、２００μｍ〜１０００μｍが好適であり、さらに好ましくは、２００μｍ〜５００μｍである。また、ブラスト材の有機系燃料への混合量は、供給有機系燃料の燃焼灰と同等重量が上限値であり、供給有機系燃料の重量に対して１〜１０％が好適である。この混合量は、発生するスラグ量と、ブラスト材によるスラグそぎ落とし速度によって、決定されるので、使用する有機系燃料の成分によっても変動するので、一義的には決定しがたいが、平均的な値としては、上述の数値範囲が妥当である。

このガス化装置には、さらにブラスト材の回収手段が組み込まれていることが好ましい。そのような回収手段としては、図に示すように、ガス化炉１の下部の灰分排出口にフィルターを用いた濾別装置１５を設け、比較的大きな粒径で軽量な灰と、比較的小さな粒径で比重の大きなブラスト粒子とを濾別し、ブラスト粒子を回収する構成が、考えられる。回収したブラスト材は、ベルトコンベアなどの周知の搬送手段によりホッパ１３に送り込み、再利用する。

図２は、本発明の有機系燃料のガス化装置の第２の実施例を示すもので、図１と共通する構成要素には同一符号を付して説明を簡略化する。本実施例２の特徴は、ブラスト用ノズルとして、二つのノズル２０，２１を前記バーナーノズル７と独立に設けたことにある。それに伴って、ブラスト材の搬送管２２も独立的に設けられている。前記搬送管２２の下流側は２分岐し、一方は前記ノズル２０に連結され、他方は前記ノズル２１に連結されている。前記ブラスト用ノズル２０は前記バーナーノズル７より上方に取り付けられ、他方のブラスト用ノズル２１は前記バーナーノズル７より下方に取り付けられている。

前記搬送管２２の上流にはインジェクタ２３が連結され、このインジェクタ２３には、ブラスト材を充填したホッパ２４と、不図示の圧縮窒素ガス源に連結した搬送ガス供給管２５が連結されている。前記搬送ガス供給管２５にはタイマー２６によって適宜に開閉される自動開閉弁２７が介装されている。

前記構成のように、バーナーノズル７の上方と下方とにブラスト材を供給するノズル２０，２１を設けることによって、炉内上壁面に付着するスラグもそぎ落とすことができる。下方にもノズル２１を設ける理由は、上方のノズル２０から投入されたブラスト材の周回運動エネルギーが下方に行くに従って低下し、下方のスラグそぎ落とし能力が低下するので、それを補う必要があるからである。また、供給するブラスト材としては、均一な粒径のものを使用しても良いし、故意に粒径に大小を設定したものを使用しても良い。粒径に大小を設定したものを使った場合、特に上方のノズル２０から供給されたブラスト材は、粒径の小さなものは比較的上部のスラグにアタックし、粒径の大きなものは下方に至っても周回エネルギーを維持しているので、比較的下方のスラグにもアタックするので、付着量の多い下方のスラグの除去に好適である。

本実施例では、タイマー２６を有する自動弁２７の取り付けによって、ブラスト材の供給を連続的にも間欠的にもできる。ブラスト材の使用量に無駄が出ないようにするためには、経験的に設定したスラグそぎ落とし必要時間から間欠的にブラスト材を供給することが好ましい。また、間欠供給によって、ブラスト材の節約が可能になるばかりでなく、ガス化炉１の内壁の不必要な摩耗を避けることもできる。

図３は、本発明にかかる有機系燃料のガス化装置の第３の実施例を示すものであり、前記構成と同一要素には同一符号を付して説明を簡略化する。本実施例３の特徴は、スラッグそぎ落とし手段が、ガス化炉１の中心を上下動可能に回転する駆動軸３０と、該駆動軸３０の先端に軸方向に垂直に固定されたパドル３１と、図４に示すように該パドル３１の両端に固定されてガス化炉１の内壁に摺接する掻き板３２とを有してなることを特徴とする。

前記駆動軸３０は、軸シール部３３を介してガス化炉１の天番部分に回転自在かつ上下動自在に固定されている。この駆動軸３０の回転は駆動モータ３４により行われ、上下動はコラム式回転昇降機３５により行われる。

前記駆動軸３０、パドル３１、および掻き板３２は、互いに連通する中空構造を有しており、内部に冷却材が循環可能となっている。したがって、高温な炉内に配置されていても熱劣化されることがない。なお、前記パドル３１は一本でも複数本設けて良いし、掻き板３２も２つ以上複数枚も受けても良い。

前記構成において、掻き板３２はガス化炉１の内壁に押しつけられた状態で摺接するので、駆動軸３０を回転しつつ上下動すると、掻き板３２によって、ガス化炉１の内壁に付着しているスラグは、強制的にそぎ落とされることになる。

図５は、本発明の第４の実施例を示すものであり、前記図４と同一構成要素には同一符号を付して説明を簡略化する。本実施例４の特徴は、中空構造のパドル３１の両端に取り付けられている中空構造の掻き板４０の周回方向の前面に噴出口４１が形成されている点にあり、他の構成は、前記実施例３の構成を同様である。

前記構成によれば、冷却材として冷却ガスを用いれば、駆動軸３０，パドル３１、及び掻き板４０を冷却した冷却ガスが、掻き板４０の前面の噴出口４１から噴射されるので、掻き板４０によってガス化炉１の内壁からそぎ落とされたスラグを掻き板４０からふるい落とすことができる。その結果、掻き板４０を用いたスラグのそぎ落とし効率を高めることができる。

図６は、本発明の第５の実施例を示すものであり、前記構成と同一要素には同一符号を付して説明を簡略化する。本実施例５の特徴は、スラッグそぎ落とし手段が、図７に示すようにガス化炉１の内周に摺接可能に位置する輪板状の掻き板５０と、この掻き板５０をガス化炉１の内壁に沿って上下動可能に支持する一組の駆動軸５１，５２とを有してなることを特徴とする。

前記一組の駆動軸５１、５２は、一組の軸シール部５３、５４を介してガス化炉１の天番部分に回転自在かつ上下動自在に固定されている。この駆動軸５１、５２の上下動はコラム式回転昇降機５５，５６により行われる。

前記駆動軸５１，５２、掻き板５０は、互いに連通する中空構造を有しており、内部に冷却材が循環可能となっている。したがって、高温な炉内に配置されていても熱劣化されることがない。

前記構成において、掻き板５０はガス化炉１の内壁に押しつけられた状態で摺接するので、駆動軸５１，５２を上下動すると、掻き板５０によって、ガス化炉１の内壁に付着しているスラグは、強制的にそぎ落とされることになる。

また、前記実施例４において、掻き板４０の前面に冷却ガスの噴出口４１を設けてスラグを効率的にふるい落とすように構成したが、本実施例５においても、輪板状の掻き板５０の上面もしくは下面もしくは上面と下面の両方に噴出口を設けても良い。特に掻き板５０の上面には掻き取ったスラッグが堆積しやすいので、掻き板５０の上面に冷却ガスの噴出口を設けることは有効である。

以上のように、本発明にかかる有機系燃料のガス化装置は、燃焼灰の軟化点もしくは溶融点が低い有機系燃料を処理したときにガス化炉の内壁に付着成長するスラッグを効率的にそぎ落とす機能を有しているので、石炭系や、木質系の比較的に燃焼灰の軟化点もしくは融点の高い有機系燃料ばかりでなく、草類などの燃焼灰の軟化点もしくは融点の低い吸気系燃料を幅広く安定して処理することができる。従って、本発明の有機系燃料のガス化装置は、装置としての耐久性が高く、しかも処理する有機系燃料の選択自由度が高いので、あらゆる有機系燃料のガス化に用いて好適である。

本発明にかかる有機系燃料のガス化装置の第１の実施例を示す構成図である。 本発明にかかる有機系燃料のガス化装置の第２の実施例を示す構成図である。 本発明にかかる有機系燃料のガス化装置の第３の実施例を示す構成図である。 図３に示す装置の要部断面構成図である。 本発明にかかる有機系燃料のガス化装置の第４の実施例を示す要部の構成図である。 本発明にかかる有機系燃料のガス化装置の第５の実施例を示す構成図である。 図６に示す装置の要部断面構成図である。 従来の有機系燃料のガス化装置の概略構成図である。

符号の説明

１ ガス化炉
１２ スラッグ
１３ ブラスト材のホッパ
１４ 定量フィーダー
１１，２３ インジェクタ
１５ ブラスト材濾別装置
２０，２１ ブラスト用ノズル
２２ ブラスト材の搬送管
２４ ブラスト材を充填したホッパ
２５ ブラスト材の搬送ガス供給管
２６ タイマー
２７ 自動開閉弁
３０ 駆動軸
３１ パドル
３２ 掻き板
３４ 駆動モータ
３５ コラム式回転昇降機
４０ 掻き板
４１ 掻き板の噴出口
５０ 輪板状の掻き板
５１，５２ 一組の駆動軸
５５，５６ コラム式回転昇降機

Claims (12)

1. 有機系燃料を燃焼して生成ガスを発生するガス化炉と、このガス化炉に有機系燃料を供給する有機系燃料供給手段とを有してなる有機系燃料のガス化装置において、
   前記ガス化炉の内壁に付着したスラッグをそぎ落とすスラッグそぎ落とし手段を有することを特徴とする有機系燃料のガス化装置。
2. 前記スラッグそぎ落とし手段が、ブラスト粒子を前記ガス化炉の内壁に沿って周回するように投入するブラスト用ノズルと、該ノズルにブラスト粒子を供給するブラスト供給手段とを有してなることを特徴とする請求項１に記載の有機系燃料のガス化装置。
3. 前記有機系燃料を前記ガス化炉に投入するためのバーナーノズルが前記ブラスト用ノズルを兼用していることを特徴とする請求項２に記載の有機系燃料のガス化装置。
4. 前記ブラスト用ノズルが複数個設けられていることを特徴とする請求項２に記載の有機系燃料のガス化装置。
5. 前記複数のブラスト用ノズルの一部が前記バーナーノズルより下方に取り付けられ、他のブラスト用ノズルが前記バーナーノズルより上方に取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の有機系燃料のガス化装置。
6. 前記ブラスト粒子の連続供給および間欠供給を制御する供給制御手段がさらに設けられていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の有機系燃料のガス化装置。
7. 前記ガス化炉から排出される灰分を受けて有機系燃料灰と前記ブラスト材とを濾別し、ブラスト材を回収するブラスト材回収手段がさらに設けられていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の有機系燃料のガス化装置。
8. 前記スラッグそぎ落とし手段が、ガス化炉の中心を上下動可能に回転する駆動軸と、該駆動軸の先端に軸方向に垂直に固定されたパドルと、該パドルの両端に固定されてガス化炉の内壁に摺接する掻き板とを有してなることを特徴とする請求項１に記載の有機系燃料のガス化装置。
9. 前記駆動軸、パドル、および掻き板が互いに連通する中空構造を有しており、内部に冷却材が循環可能となっていることを特徴とする請求項８に記載の有機系燃料のガス化装置。
10. 前記駆動軸、パドル、および掻き板が互いに連通する中空構造を有するとともに、前記掻き板の周回方向前面に噴射孔が形成されており、前記駆動軸側から内部に圧入された冷却材が前記掻き板の前面から噴射可能となっていることを特徴とする請求項８に記載の有機系燃料のガス化装置。
11. 前記スラッグそぎ落とし手段が、ガス化炉の内周に摺接可能に位置する輪板状の掻き板と、この掻き板をガス化炉の内壁に沿って上下動可能に支持する一組の駆動軸とを有してなることを特徴とする請求項１に記載の有機系燃料のガス化装置。
12. 前記一組の駆動軸および輪板状掻き板が互いに連通する中空構造を有しており、内部に冷却材が循環可能となっていることを特徴とする請求項１１に記載の有機系燃料のガス化装置。

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