JP2009126976A - 高粘結性炭用バーナ及びガス化炉 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】粒子状に粉砕された高粘結性の固体燃料をガス化するガス化炉10の周壁11を貫通して取り付けられ、固体燃料を気流搬送によりガス化炉10内へ供給する固体燃料流路13と、ガス化剤をガス化炉内へ供給するガス化剤流路14とが二重管構造に配設されている高粘結性炭用バーナ12において、固体燃料流路13の閉塞状態を検知する閉塞検知装置20を設け、閉塞検知装置20が所定の閉塞状態を検出した場合、固体燃料の温度低減処理が実施される。
【選択図】図1
Description
このような高圧運転を行うため、高圧運用されるガス化炉は圧力容器とされ、この圧力容器の壁面を貫通するバーナは、固体燃料(微粉炭、石油コークス等)及びガス化剤(空気、酸素、水蒸気等)が同一配管内に収納されている。
固体燃料流路13は、粒子状に粉砕された固体燃料を供給する高圧燃料供給装置15と燃料供給配管16を介して接続されている。また、高圧燃料供給装置15には、流量制御装置17により流量制御された搬送ガスが供給される。従って、固体燃料流路13は、高圧燃料供給装置15で所望の供給量に調整された固体燃料を、流量制御装置17で所望の流量に調整された搬送ガスによりガス化炉10の内部へ供給する。すなわち、粒子状の固体燃料は、搬送ガスの気流により搬送されてガス化炉10の内部に供給される。
このようにして、ガス化炉10の内部に固体燃料、搬送ガス及びガス化剤が供給されることにより、ガス化炉10の内部で所定の処理を施された固体燃料がガス化され、次工程のガス精製設備に供給される。
一方、固体燃料流路13とガス化剤流路14とを同心二重配管構造としたバーナ12においては、両流路13,14間の熱伝達率が高くなるため、高温側のガス化剤により低温側の固体燃料を加熱する熱量が大きくなる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固体燃料流路及びガス化剤流路を二重配管構造とした高粘結性炭用バーナにおいて、バーナ内の熱伝達により高粘結性固体燃料の粒子が温度上昇して溶融・膨張することを防止または抑制し、ガス化炉の安定した運転を可能にする高粘結性炭用バーナ及びガス化炉を提供することにある。
本発明に係る高粘結性炭用バーナは、粒子状に粉砕された高粘結性の固体燃料をガス化するガス化炉の炉壁を貫通して取り付けられ、前記固体燃料を気流搬送によりガス化炉内へ供給する固体燃料流路と、ガス化剤をガス化炉内へ供給するガス化剤流路とが二重管構造に配設されている高粘結性炭用バーナにおいて、
前記固体燃料流路の閉塞状態を検知する閉塞状態検知手段を設け、該閉塞状態検知手段が所定の閉塞状態を検出した場合、前記固体燃料の温度低減処理が実施されることを特徴とするものである。
とにより、固体燃料と高温のガス化剤との交換熱量低減をより一層効率よく実施することができる。
図2は、石炭ガス化複合発電プラント(IGCC)の概要を示すブロック図である。このIGCCは、石炭(固体燃料)をガス化して得られる石炭ガスを燃料として発電する複合発電設備である。すなわち、IGCCは、石炭等の固体燃料を乾燥させて粉砕し、粒子状の固体燃料とする固体燃料乾燥粉砕装置1と、粒子状の固体燃料を搬送ガスによる気流搬送をして供給する高圧燃料供給装置2と、ガス化炉の内部に気流搬送された固体燃料及びガス化剤の供給を受けることにより、固体燃料をガス化して石炭ガス化ガスを得るガス化炉設備3と、ガス化炉設備3で生成された石炭ガス中に含まれる不純物等を除去して精製するガス精製設備4と、ガスタービン発電機及び蒸気タービン発電機よりなる複合発電設備5とを主な構成要素としている。
蒸気タービン発電機は、ガスタービン発電機のガスタービンから排出された高温の燃焼排ガスを排熱回収ボイラに導入し、燃焼排ガスから熱回収して得られた蒸気のエネルギを用いて運転される蒸気タービンの軸出力により駆動されて発電を行う発電機である。
上述したIGCCのガス化炉設備3には、図1に示すように、圧力容器のガス化炉10が設けられている。このガス化炉10には、圧力容器を構成する炉壁である周壁11を貫通して、高粘結性炭用バーナ(以下、「バーナ」と呼ぶ)12が取り付けられている。
バーナ12は、内側に配置した固体燃料流路13と外側に配置したガス化剤流路14とが同心の二重管構造とされる。
高圧燃料供給装置15は、粒子状に粉砕された固体燃料の供給を受け、所望の固体燃料供給量を搬送ガスを用いた気流搬送によってガス化炉10へ供給するための装置である。この高圧燃料供給装置15には、流量制御装置17及び搬送ガス供給配管19を介して、搬送ガスが供給されるようになっている。なお、この場合の気流搬送に使用可能な搬送ガスとしては、窒素、二酸化炭素及び空気等がある。
このように、バーナ12は、粒子状に粉砕された高粘結性の固体燃料をガス化するガス化炉10の周壁(炉壁)11を貫通して取り付けられ、固体燃料を気流搬送によりガス化炉10内へ供給する固体燃料流路13と、ガス化剤をガス化炉内へ供給するガス化剤流路14とが二重管構造に配設されている。
最初のステップS1で制御がスタートした後には、次のステップS2に進んで「運転継続か?」について判断を行う。この結果、ガス化炉10の運転を継続するYESの場合には、次のステップS3に進んで差圧Paを検出する。この場合の差圧Paは、固体燃料流路13のバーナ入口側圧力P1及びガス化炉10の内圧P2を検出して得られるものである。なお、ステップS2において、ガス化炉10の運転を継続しないNOの場合には、次のステップS8に進んで制御を終了する。
この結果、固体燃料流路13内を気流搬送する搬送ガス量が増加し、固体燃料及び搬送ガスが固体燃料流路13内を流れる流速を増すので、固体燃料が流路内に滞留する時間は低減される。すなわち、固体燃料流路13内を流れる低温側の固体燃料は、外周を流れる高温のガス化剤から加熱を受ける時間が短縮されるので、固体燃料の温度上昇を防止または抑制することができる。
このような閉塞検知装置20の制御により、固体燃料流路13の閉塞状態を検知した場合には、固体燃料の温度低減処理として搬送ガスの流量が増加して流速を増すので、固体燃料流路13の流路閉塞進行状況に応じて流路閉塞の原因となる固体燃料温度の上昇を低減することができる。従って、高粘結性固体燃料の粒子は、固体燃料の種類により異なる所定温度以上の高温になることが防止または抑制されるので、溶融や膨張による壁面付着やアグロメについても防止または抑制される。
続いて、本発明の第2の実施形態を図4に基づいて説明する。なお、図4において、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態においては、閉塞状態を検知した場合、閉塞検知装置20Aにより行われる温度低減処理が異なっている。すなわち、上述した実施形態における搬送ガス量の増量に代えて、ガス化剤の温度を低下させる制御信号を出力するという温度低減処理を行うものである。
温度制御装置30は、閉塞検知装置20Aから出力されるガス化剤温度の低下指令を受けて、温度の異なるガス化剤の混合割合を調整するなどして、バーナ12のガス化剤流路14へ供給される最終的なガス化剤温度を制御する機能を有している。
続いて、本発明の第3の実施形態を図5に基づいて説明する。なお、図5において、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態においては、閉塞状態を検知する閉塞状態検知手段が異なっている。すなわち、流路閉塞状態の判断基準として、上述した実施形態における差圧Paを換算した流路損失係数λに代えて、差圧比に基づいて換算された流路損失係数λ′を採用する。
続いて、本発明の第4の実施形態を図7に基づいて説明する。なお、図7において、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、固体燃料流路13の閉塞状態を検知した場合、閉塞検知装置20Dの温度低減処理が、気流搬送の搬送ガス量を増加させる制御信号の出力と、ガス化剤の温度を低下させる制御信号の出力とを併用して実施される。すなわち、搬送ガスの流量を増加させて固体燃料流路13内における固体燃料及び搬送ガスの滞留時間を低減するとともに、ガス化剤の温度と固体燃料流路13内を流れる固体燃料及び搬送ガスとの温度差を低減することにより、固体燃料と高温のガス化剤との交換熱量低減をより一層効率よく実施するものである。
最後に、本発明の第5の実施形態を図9に基づいて説明する。なお、図9において、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態の閉塞検知装置20Fは、温度低減処理を行う際、固体燃料流路13の内壁面温度Tを検出し、内壁面温度Tが固体燃料の粘結性に応じて定まる設定温度以上とならないように監視する上限監視手段となる温度センサ40を備えている。この温度センサ40は、最も温度が高くなる出口付近に設置して固体燃料流路13の内壁面温度を検出することが望ましく、このセンサ40で検出した内壁面温度Tは閉塞検知装置20Fに入力される。
従って、実際の内壁面温度Tが上限の設定温度以上とならないように、搬送ガス量の増加、ガス化剤の温度低下、あるいは、搬送ガス量の増加及びガス化剤の温度低下を併用した温度低減処理を行えば、流路閉塞の問題が生じない最も高い温度で効率のよい運転が可能になる。すなわち、固体燃料をガス化する際、内壁面温度Tが上限の設定温度以上とならないように監視しながら運転することにより、固体燃料の溶融・膨張によるバーナ12の閉塞防止と良好な運転効率とを両立させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
11 周壁(炉壁)
12 高粘結性炭用バーナ(バーナ)
13 固体燃料流路
14 ガス化剤流路
20,20A〜F 閉塞検知装置
30 温度制御装置
40 温度センサ
Claims (8)
- 粒子状に粉砕された高粘結性の固体燃料をガス化するガス化炉の炉壁を貫通して取り付けられ、前記固体燃料を気流搬送によりガス化炉内へ供給する固体燃料流路と、ガス化剤をガス化炉内へ供給するガス化剤流路とが二重管構造に配設されている高粘結性炭用バーナにおいて、
前記固体燃料流路の閉塞状態を検知する閉塞状態検知手段を設け、該閉塞状態検知手段が所定の閉塞状態を検出した場合、前記固体燃料の温度低減処理が実施されることを特徴とする高粘結性炭用バーナ。 - 前記温度低減処理が、前記気流搬送の搬送ガス量を増加させる制御信号の出力であることを特徴とする請求項1に記載の高粘結性炭用バーナ。
- 前記温度低減処理が、前記ガス化剤の温度を低下させる制御信号の出力であることを特徴とする請求項1に記載の高粘結性炭用バーナ。
- 前記温度低減処理が、前記気流搬送の搬送ガス量を増加させる制御信号の出力と、前記ガス化剤の温度を低下させる制御信号の出力との併用であることを特徴とする請求項1に記載の高粘結性炭用バーナ。
- 前記閉塞状態検知手段は、前記固体燃料流路のバーナ入口と、該バーナ入口より下流側の適所との間の差圧を検出し、該差圧から換算される流量損失係数が所定値以上まで増加した場合に閉塞状態を検出したと判断することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の高粘結性炭用バーナ。
- 前記閉塞状態検知手段は、バーナ入口と該バーナ入口より下流側の適所との間で検出した第1の差圧と、前記固体燃料流路の上流側に接続される燃料供給配管に設定した任意の区間で計測される第2の差圧との差圧比から換算される流量損失係数が所定値以上に増加した場合に閉塞状態を検出したと判断することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の高粘結性炭用バーナ。
- 前記温度低減処理が、前記固体燃料流路の内壁面温度を検出し、該内壁面温度を前記固体燃料の粘結性に応じて定まる設定温度以上とならないように監視する上限監視手段を備えていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の高粘結性炭用バーナ。
- 粒子状にした高粘結性炭等の固体燃料を気流搬送によりガス化炉内へ供給し、ガス化剤とともに高圧環境下でガス化処理するガス化炉が、請求項1から7のいずれかに記載の高粘結性炭用バーナを備えていることを特徴とするガス化炉。
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