JP2009227878A - ガス発生炉のパージ方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガス発生炉を短時間に安全且つ安価にパージできるようにしたガス発生炉のパージ方法及び装置を提供する。
【解決手段】流動層13を形成して原料10とガス化剤の反応により生成した生成ガス14を流動層上部のフリーボードFから取り出すようにしているガス発生炉のパージ方法であって、流動層ガス化炉2の運転停止時に、流動層ガス化炉2の下部から不活性ガス23を供給して流動層13のガスを不活性ガス23でパージすると共に、流動層上部のフリーボードFに水蒸気S'を供給してフリーボードFのガスを水蒸気S'でパージする。
【選択図】図1

Description

本発明は、流動層を形成して原料とガス化剤との反応により生成した生成ガスをベッド材上部のフリーボードから取り出すようにしているガス発生炉を短時間に安全且つ安価にパージできるようにしたガス発生炉のパージ方法及び装置に関する。
図2は、燃焼炉1と生成ガスを発生する流動層ガス化炉2とを有する循環流動層炉3の場合を示している。前記循環流動層炉の先行技術文献としては特許文献1がある。
図2の循環流動層炉3を構成している燃焼炉1は、下部から空気又は酸素4が供給され、下部側部に起動用燃料5と後述するチャーの少なくともどちらか一方が供給されて流動燃焼することにより循環粒子を加熱する。燃焼炉1からの燃焼流体6は分離器9に導かれて排ガス7と循環粒子8とに分離される。
前記循環流動層炉3を構成している流動層ガス化炉2(ガス発生炉)は、散気装置11上に砂等の流動媒体が装入してあり、前記分離器9で分離した高温の循環粒子8を導入すると共に、石炭或いはバイオマス等の原料10を上部から導入するようになっている。散気装置11の下部には、ガス化剤として補助ボイラ或いは他の設備等の補助蒸気装置12からの水蒸気Sが供給され、流動層13(ベッド)を形成して原料10のガス化(水蒸気ガス化)を行い、流動層13(ベッド)上のフリーボードFに生成した水素(H)、一酸化炭素(CO)、メタン(CH)等のガス成分が混在した生成ガス14を上部から導出するようにしている。流動層ガス化炉2内の循環粒子8とガス化途中のチャーの混合物17は導入管18によって前記燃焼炉1に戻され、燃焼炉1でチャーを燃焼することにより循環粒子8を加熱するようにしている。前記流動層ガス化炉2には前記燃焼炉1との間におけるガスの移動を遮断するための機構が備えられている。
流動層ガス化炉2で生成された生成ガス14は、導出管15により取り出されて、図示しない固体分離装置、ガス精製装置等を介し目的に応じた利用装置16に供給するようにしている。
又、前記分離器9で循環粒子8が分離された排ガス7は、排ガス管19により誘引ファン20に導かれて煙突21から排出されるようになっている。
循環流動層炉3が停止した状態では、流動層ガス化炉2の内部は通常空気で満たされた状態となっている。従って、この状態から循環流動層炉3を起動すると、流動層ガス化炉2内で生成する燃焼性の生成ガス14が空気と混合して急激な燃焼を起こす虞れがあるため、循環流動層炉3の起動に先立ち、流動層ガス化炉2の内部を不活性のガスでパージする必要がある。
又、運転している循環流動層炉3を停止する際にも、ガス化設備の内部が燃焼性の生成ガスで満たされた状態から空気が混入した場合には急激な燃焼を起こす虞れがあるため、ガス化設備を停止する際にも、流動層ガス化炉2の内部を不活性のガスでパージする必要がある。
従来、図2に示すような循環流動層炉3の流動層ガス化炉2をパージする場合は、流動層ガス化炉2の下部に不活性ガス供給源22からの窒素(N)或いはアルゴン(Ar)等の不活性ガス23を供給することにより、流動層ガス化炉2を不活性ガスでパージするようにしていた。
しかし、上記したような流動層ガス化炉2をパージする場合、流動層ガス化炉2内のベッド材を流動化させた流動層13内に投入された原料から発生する生成ガスをパージすると共に、フリーボードF内とその下流における生成ガスをパージする必要があり、このために、通常流動層ガス化炉2の容積の約5倍の不活性ガス23(N)の供給が必要であり、このように大量の不活性ガス23を必要とするために大型の不活性ガス製造装置が必要でありパージのための費用が大幅に増大するという問題を有していた。
このため、部分ガス化・分解装置の運転始動時、及び運転停止時に、装置内のガスを水蒸気によってパージするようにした運転方法が特許文献2に記載されている。
特開2005−041959号公報 特許第3881712号公報
しかし、特許文献2に示された水蒸気によるパージ方法を図2に示した循環流動層炉3の流動層ガス化炉2に適用しようとしても、次のような問題のために適用することができない。即ち、流動層ガス化炉2を停止する際に流動層ガス化炉2に水蒸気を供給してパージする際、流動層ガス化炉2内には原料10が残った状態で且つ残熱があるため、この状態で水蒸気が供給されることにより原料のガス化が継続して生成ガスを発生し続けるようになり、長時間を経過してもパージが完結しないという問題があり、この状態で空気が混入した場合には急激な燃焼を起こす虞れがある。
本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、ガス発生炉を短時間に安全且つ安価にパージできるようにしたガス発生炉のパージ方法及び装置を提供しようとするものである。
本発明は、流動層を形成して原料とガス化剤の反応により生成した生成ガスをベッド材上部のフリーボードから取り出すようにしているガス発生炉のパージ方法であって、ガス発生炉の運転停止時に、ガス発生炉の下部から不活性ガスを供給してベッド材のガスを不活性ガスでパージし、ベッド材上部のフリーボードに水蒸気を供給してフリーボードのガスを水蒸気でパージすることを特徴とするガス発生炉のパージ方法、に係るものである。
上記ガス発生炉のパージ方法において、ベッド材のガスを不活性ガスでパージする作業と同時に、フリーボードのガスを水蒸気でパージすることは好ましい。
又、上記ガス発生炉のパージ方法において、ガス発生炉の運転停止時にフリーボードをパージする水蒸気に、ガス発生炉から取り出される生成ガスと熱交換して得られた水蒸気を用いることは好ましい。
又、上記ガス発生炉のパージ方法において、ガス発生炉が燃焼炉と流動層ガス化炉とからなる循環流動層炉である場合に、ガス発生炉の運転停止時にフリーボードをパージする水蒸気に、前記流動層ガス化炉出口の生成ガスと熱交換して得られた水蒸気と、燃焼炉下流の排ガスと熱交換して得られた水蒸気の少なくとも一方を用いることは好ましい。
本発明は、流動層を形成して原料とガス化剤の反応により生成した生成ガスをベッド材上部のフリーボードから取り出すようにしているガス発生炉のパージ装置であって、ベッド材の下部に不活性ガスを供給してベッド材を不活性ガスでパージする不活性ガス供給手段と、ベッド材上部のフリーボードに水蒸気を供給してフリーボードのガスを水蒸気でパージする水蒸気供給手段とを備えたことを特徴とするガス発生炉のパージ装置、に係るものである。
上記ガス発生炉のパージ装置において、ガス発生炉が燃焼炉と流動層ガス化炉とからなる循環流動層炉である場合において、水蒸気供給手段が、流動層ガス化炉出口の生成ガスと熱交換して水蒸気を得る第1の熱交換器と、燃焼炉下流の排ガスと熱交換して水蒸気を得る第2の熱交換器の少なくとも1つを有することは好ましい。
本発明のガス発生炉のパージ方法及び装置によれば、ガス発生炉の運転停止時及び運転起動時に、ガス発生炉の下部から不活性ガスを供給してベッド材の生成ガスを不活性ガスでパージすると共に、ベッド材上部のフリーボードに水蒸気を供給してフリーボードの生成ガスを水蒸気でパージするようにしたので、不活性ガスはベッド材をパージできる量を供給するのみで良いために不活性ガスの使用量が大幅に減少され、フリーボードは安価な水蒸気でパージできるので、パージのための費用を大幅に低減できると共にパージ時間を大幅に短縮できるという効果を奏し得る。
更に、ベッド材を不活性ガスでパージすると同時にフリーボードに水蒸気を供給してパージすると、フリーボードの水蒸気がベッドの原料に接触するのを防止することができ、よってベッドの原料がガス化されて新たに生成ガスが発生する問題を防止できる効果がある。
フリーボードをパージする水蒸気は、温度・圧力が低い水蒸気でもパージすることができるため、ガス発生炉の運転停止時における余熱で生成される余熱水蒸気によってもフリーボードのパージが可能になるという効果がある。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
本発明は、流動層を形成して原料とガス化剤の反応により生成した生成ガスをベッド材上部のフリーボードから取り出すようにしているガス発生炉のパージ方法の一例を示すものであり、従って、図2の循環流動層炉3以外の流動層ガス化炉、移動層ガス化炉、固定層ガス化炉のようにベッド材を有するガス化炉、更には固定層によって生成ガスが発生するコークス炉等の広範囲のガス発生炉に適用することができる。
図1は、図2と同様に燃焼炉1と流動層ガス化炉2(ガス発生炉)とを有する循環流動層炉3に適用した本発明の形態例を示したものであり、図1中、図2と同一の符号を付した部分は同一物を表わし、本発明の特徴部分についてのみ以下に説明する。
図1に示す如く、流動層ガス化炉2(ガス発生炉)には、ベッド材上部のフリーボードFを水蒸気によってパージするための水蒸気供給手段Tを設けている。水蒸気供給手段Tは、生成ガス14を取り出す導出管15に設けて前記生成ガス14とポンプ24からの水Wとを熱交換して水蒸気S'を生成する第1の熱交換器25と、分離器9からの排ガス7を取り出す排ガス管19に設けて排ガス7と前記第1の熱交換器25からの水蒸気S'とを熱交換して水蒸気S'を加熱する第2の熱交換器26を備えており、第2の熱交換器26出口の水蒸気S'を蒸気管27を介して流動層ガス化炉2のフリーボードFに供給し、フリーボードFを水蒸気S'によってパージするようにしている。図1では第1の熱交換器25出口の水蒸気S'を第2の熱交換器26で加熱してフリーボードFに供給する場合について例示したが、第1の熱交換器25と第2の熱交換器26において単独で生成した水蒸気S'をフリーボードFに供給するようにしてもよい。
一方、第2の熱交換器26の水蒸気S'をフリーボードFに供給する蒸気管27には、循環流動層炉3の通常運転時にガス化剤として流動層ガス化炉2の散気装置11の下部に供給するようにした下部蒸気管28を備えている。従って、この場合には前記水蒸気供給手段Tはガス化剤供給装置としても用いられるようにしている。図1中、29、30は、前記水蒸気S'をフリーボードFに供給するか、又は流動層ガス化炉2の散気装置11の下部に供給するかを切り換える切換手段である。又、水蒸気供給手段Tには、循環流動層炉3の停止時に、第1及び第2の熱交換器25,26から供給される水蒸気Sの量がフリーボードFをパージするのに不足した場合に水蒸気Sを供給できるように、図2と同様に補助ボイラ或いは他の設備等からの水蒸気Sを供給するようした補助蒸気装置12を備えていてもよい。
又、前記流動層ガス化炉2の散気装置11の下部には、流動層ガス化炉2のベッド材内のガスを置換できる量の不活性ガス23(N)を供給して流動層ガス化炉2内のベッド材を不活性ガス23でパージするようにした不活性ガス供給手段31を備えている。
次に、図1の形態の作動を説明する。
図1の循環流動層炉3を停止する際には、先ず、流動層ガス化炉2に対する原料10の供給を停止すると共に、下部蒸気管28により流動層ガス化炉2の下部に供給している水蒸気S'の供給を停止するように切換手段29,30を切り換え、不活性ガス供給手段31を作動して不活性ガス23(N)を流動層ガス化炉2の散気装置11の下部に供給して流動層13(ベッド)のガスを不活性ガス23でパージすると同時に、第2の熱交換器26からの水蒸気S'を蒸気管27により流動層ガス化炉2のフリーボードFに供給するように切換手段29,30を切り換え、これによってフリーボードFを水蒸気S'でパージする。この時、水蒸気S'によるフリーボードFのパージと不活性ガス23による流動層ガス化炉2内のベッド材のパージは同時に終わるように不活性ガス23の投入量を調整する。
この時、前記したように、流動層ガス化炉2内のベッド材は不活性ガス23によりパージされているために、不活性ガス23に覆われているので、流動層13に原料が残っていても、フリーボードFに供給された水蒸気S'が流動層13の原料と接触することはなく、よって水蒸気S'が原料と接触して新たな生成ガスを発生することはない。
尚、循環流動層炉3が停止された後は、水蒸気供給手段Tの第1及び第2の熱交換器25,26からの水蒸気S'の供給量は減少するようになるが、フリーボードFは、流動層13をパージする場合に比して温度・圧力が低い水蒸気でも容易にパージすることができる。従って、循環流動層炉3の停止時には、燃焼炉1からの排ガス7及び流動層ガス化炉2からの生成ガス14の残熱を利用して、第1及び第2の熱交換器25,26で生成した水蒸気S'を用いて流動層ガス化炉2のフリーボードFを効果的にパージすることができる。しかし、循環流動層炉3の停止時にフリーボードFをパージするのに必要な水蒸気S'が不足する場合には、水蒸気供給手段Tである補助蒸気装置12を作動して必要な水蒸気Sを補助的に供給するようにしてもよい。
上記したように、流動層ガス化炉2に供給する不活性ガス23は、流動層ガス化炉2内のヘッド材をパージできる量を供給すれば良いため不活性ガス23の使用量を大幅に減少することができ、又、フリーボードFは安価な水蒸気S'でパージできるので、パージのための費用を大幅に低減できるようになり、更に、流動層13とフリーボードFを分けてパージすることによりパージ時間を大幅に短縮できるようになる。
なお、本発明は上記形態にのみ限定されるものではなく、流動層ガス化炉、移動層ガス化炉、固定層ガス化炉のように少なくとも停止時にベッドが形成されるガス化炉、更には固定層によって生成ガスが発生するコークス炉等の種々のガス発生炉に適用できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
本発明を実施する形態の一例を示すもので、ガス発生炉として循環流動層炉を備えた場合のブロック図である。 従来のガス発生炉として循環流動層炉を備えた場合におけるパージ方法の一例を示すブロック図である。
符号の説明
1 燃焼炉
2 流動層ガス化炉(ガス発生炉)
3 循環流動層炉
7 排ガス
10 原料
13 流動層(ベッド)
14 生成ガス
23 不活性ガス
25 第1の熱交換器(水蒸気供給手段)
26 第2の熱交換器(水蒸気供給手段)
31 不活性ガス供給手段
F フリーボード
S' 水蒸気
T 水蒸気供給手段

Claims (6)

  1. 流動層を形成して原料とガス化剤の反応により生成した生成ガスをベッド材上部のフリーボードから取り出すようにしているガス発生炉のパージ方法であって、ガス発生炉の運転停止時に、ガス発生炉の下部から不活性ガスを供給してベッド材のガスを不活性ガスでパージし、ベッド材上部のフリーボードに水蒸気を供給してフリーボードのガスを水蒸気でパージすることを特徴とするガス発生炉のパージ方法。
  2. ベッド材のガスを不活性ガスでパージする作業と同時に、フリーボードのガスを水蒸気でパージする請求項1に記載のガス発生炉のパージ方法。
  3. ガス発生炉の運転停止時にフリーボードをパージする水蒸気に、ガス発生炉から取り出される生成ガスと熱交換して得た水蒸気を用いる請求項1又は2に記載のガス発生炉のパージ方法。
  4. ガス発生炉が燃焼炉と流動層ガス化炉とからなる循環流動層炉である場合において、ガス発生炉の運転停止時にフリーボードをパージする水蒸気に、前記流動層ガス化炉出口の生成ガスと熱交換して得られた水蒸気と、燃焼炉下流の排ガスと熱交換して得られた水蒸気の少なくとも一方を用いる請求項1又は2に記載のガス化設備のパージ方法。
  5. 流動層を形成して原料とガス化剤の反応により生成した生成ガスをベッド材上部のフリーボードから取り出すようにしているガス発生炉のパージ装置であって、ベッド材の下部に不活性ガスを供給してベッド材を不活性ガスでパージする不活性ガス供給手段と、ベッド材上部のフリーボードに水蒸気を供給してフリーボードのガスを水蒸気でパージする水蒸気供給手段とを備えたことを特徴とするガス発生炉のパージ装置。
  6. ガス発生炉が燃焼炉と流動層ガス化炉とからなる循環流動層炉である場合において、水蒸気供給手段が、流動層ガス化炉出口の生成ガスと熱交換して水蒸気を得る第1の熱交換器と、燃焼炉下流の排ガスと熱交換して水蒸気を得る第2の熱交換器の少なくとも1つを有する請求項5に記載のガス化設備のパージ装置。
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