JP2010001418A - 循環流動層ガス化炉のライザー頂部構造 - Google Patents

循環流動層ガス化炉のライザー頂部構造 Download PDF

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Abstract

【課題】簡略な構造にてライザーから取り出される循環媒体の取出量を増加することによって循環媒体の循環量を増加できるようにする。
【解決手段】ライザー１とサイクロン補集器２との間を接続する横向ダクト１５が、ライザー１との接続部にはライザー１の断面積と同等の断面積の導入部１６を有し、導入部１６とサイクロン補集器２との間には導入部１６からサイクロン補集器２に向かい断面積が徐々に減少して燃焼ガスの流速を高める絞り部１７を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、簡略な構造にてライザーから取り出される循環媒体の取出量を増加することによって循環媒体の循環量を増加できるようにした循環流動層ガス化炉のライザー頂部構造に関する。
従来の循環流動層炉には、ライザー（流動燃焼炉）の燃焼により循環媒体を加熱して吹き上げられた燃焼ガスを横向ダクトにより取り出し、サイクロン捕集装置に導入して循環媒体を捕集し、捕集した循環媒体を貯留部に導いて貯留し、貯留した循環媒体を流動させることにより前記ライザーに循環させるようにしたものがある（特許文献１参照）。
特許文献１では、貯留部に貯留した循環媒体の流動を調節することにより、ライザーに循環させる循環媒体の流量を調整している。又、特許文献１において、ライザーから取り出して貯留部へ供給する循環媒体の取出量を調整する方法としては、ライザーへ供給する空気量を調節することによってライザー内の空塔速度を調整する方法がある。
一方、近年では、ライザーで循環媒体を加熱し、サイクロン捕集装置で捕集した循環媒体を流動層ガス化炉に導入することにより、この循環媒体が保有する熱を用いて原料のガス化反応（吸熱反応）を行わせ、ガス化により温度が低下した循環媒体と、ガス化されない未反応のチャーとを前記ライザーに循環し、ライザーにおいて前記チャーを燃焼させることにより循環媒体を加熱するようにした循環流動層ガス化炉がある（特許文献２参照）。
図７、図８は上記循環流動層ガス化炉の一例を示す概略図であり、１は空気１２の供給により燃焼を行うライザー、２はライザー１の頂部から横向ダクト３により取り出した燃焼ガス４を導入して該燃焼ガス４中に混入している循環媒体５を捕集し排ガス６を排出するサイクロン補集器、７はサイクロン補集器２で捕集した循環媒体５と石炭等の原料８を導入すると共に水蒸気或いは空気等のガス化剤９を供給して前記循環媒体５の熱を用いて原料８のガス化を行ってガス化ガス１０を生成する流動層ガス化炉、１１は流動層ガス化炉７の循環媒体とガス化されない未反応のチャーを前記ライザー１に戻す循環流路であり、循環流路１１により供給される前記チャーをライザー１で燃焼させることにより循環媒体を加熱するようにしている。図７中、１３は補助燃料である。
図７、図８の循環流動層ガス化炉においては、流動層ガス化炉７でのガス化反応に必要な大量の熱をライザー１によって供給する必要があり、このためには、ライザー１から流動層ガス化炉７へ供給される循環媒体５の供給量、即ち、ライザー１から取り出される循環媒体５の取出量を増加させて、ライザー１と流動層ガス化炉７における熱収支をバランスさせることで、ガス化を可能にする必要がある。
このために、図７、図８に示す装置においても、前記特許文献１と同様に、ライザー１に供給する空気１２の供給量を増加することによってライザー１内の空塔速度を高めることにより、ライザー１から流動層ガス化炉７へ供給される循環媒体５の供給量を増加することが考えられる。
しかし、ライザー１内では、チャーを燃焼させるために一定の反応時間が必要であるため、単に空気量を増加してライザー１内の空塔速度を高めた場合には燃焼性が悪化し、循環媒体を十分に加熱できない場合が生じる。このため、ライザー１においては燃焼性が確保される最大の空塔速度になるように空気１２の供給量を調整しているが、このようにライザー１の空塔速度を最大に保持しても、ライザー１から流動層ガス化炉７に供給される循環媒体５の供給量を増加させることには限界があった。即ち、図７、図８に示すように、ライザー１とサイクロン補集器２を繋ぐ横向ダクト３は、燃焼ガス４の流速を高めて接線方向からサイクロン補集器２に供給することにより循環媒体５の分離を行うために断面積を小さくする必要があり、このために、横向ダクト３はライザー１に対して小さい断面積となっている。従って、ライザー１内を上端部まで吹き上げられた循環媒体は横向ダクト３に向い難くなり、ライザー１内を落下してしまったり、或いはライザー１の天井壁に衝突して落下する現象が生じ、このために、ライザー１から流動層ガス化炉７への循環媒体５の循環量を増加することができなかった。このように、ライザー１から流動層ガス化炉７への循環媒体５の循環量を増加できないと、流動層ガス化炉７においてガス化に必要な熱が不足するため、ライザー１に補助燃料１３を供給して循環媒体の加熱温度を高めたり、或いはライザー１を大型化して、循環媒体の全体量を増やすことにより循環媒体５の循環量を増加する必要があり、よって運転費の増加、或いは設備費の増加を招くという問題がある。
このような問題に対処するようにした装置としては、ライザーの上部に少なくとも１つの径を細くした中間円筒部を設けることによりライザーの燃焼ガスの流速を高めて、サイクロン補集器に排出する循環媒体の排出量を増加させるようにしたものがある（特許文献３参照）。
特開２００４−１３２６２１号公報 特開２００５−０４１９５９号公報 特開２００２−２６５９６０号公報
しかしながら、特許文献３に示す装置においては、ライザーの径を複数段に絞る構造としているために、ライザーの構造が複雑になり、ライザーは内面に耐火物を備えた構造を有しているために、複雑な構造に耐火物を備えたライザーの建設は非常に大変になってコストが増大するという問題がある。また、前記したようにライザーの径を複数段に絞って流速を高めた場合は、高温の循環媒体を含んだ燃焼ガスが中間円筒部や更にその上部の小径部内を高速で流動するためにライザーの耐火物の摩耗速度が増加するという問題がある。
本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、簡略な構造にてライザーから取り出される循環媒体の取出量を増加することによって循環媒体の循環量を増加できるようにした循環流動層ガス化炉のライザー頂部構造を提供しようとするものである。
本発明は、下方から供給される空気により燃焼して循環媒体を加熱するライザーと、ライザーの頂部から横向ダクトにより取り出した燃焼ガスを導入して該燃焼ガス中に混入している循環媒体を捕集するサイクロン補集器と、サイクロン補集器で捕集した循環媒体と原料を導入すると共にガス化剤を供給して前記循環媒体の熱により原料のガス化を行ってガス化ガスを生成する流動層ガス化炉と、流動層ガス化炉の循環媒体とガス化されない未反応のチャーを前記ライザーに戻す循環流路と、を有する循環流動層ガス化炉のライザー頂部構造であって、前記横向ダクトが、ライザーとの接続部にはライザーの断面積と同等の断面積の導入部を有し、該導入部とサイクロン補集器との間には前記導入部からサイクロン補集器に向かい断面積が徐々に減少して燃焼ガスの流速を高める絞り部を有することを特徴とする循環流動層ガス化炉のライザー頂部構造、に係るものである。
上記循環流動層ガス化炉のライザー頂部構造において、ライザーの上端に導入部に接続する湾曲部を形成していることは好ましい。
また、上記循環流動層ガス化炉のライザー頂部構造において、ライザーの上端における導入部の接続側に対して反対側の位置に、斜め４５゜で切り欠いて閉塞した傾斜壁を有することは好ましい。
本発明の循環流動層ガス化炉のライザー頂部構造によれば、ライザー頂部とサイクロン補集器を繋ぐ横向ダクトが、ライザー部との接続部にはライザー部の断面積と同等の断面積の導入部を有し、該導入部とサイクロン補集器との間には前記導入部からサイクロン補集器に向かい断面積を徐々に減少させて燃焼ガスの流速を高めた絞り部を有するので、ライザーの上端部まで吹き上げられた循環媒体は、横向ダクトにおけるライザーと同等の断面積を有する導入部にスムーズに導かれるようになるため、一旦導入部に導かれた循環媒体はライザーに落下することはなくサイクロン補集器を介して流動層ガス化炉に供給されるため、循環媒体の循環量を大幅に増加できる効果がある。又、導入部に導かれた燃焼ガスは絞り部によって流速が高められるので、サイクロン補集器での循環媒体の補集は良好に行われる効果がある。
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。
図１は、前記図７、図８に示した循環流動層ガス化炉のライザー頂部に適用した本発明の形態の一例を示す正面図、図２は図１をＩＩ−ＩＩ方向から見た平面図であり、図１、図２中、図７、図８と同じ符号を付した部分は同一物を表わしている。図１、図２に示すように、円筒状を有するライザー１の上端に、ライザー１と同じ断面積を有してサイクロン補集器２側に向くように横方向へ曲げられた湾曲部１４を形成し、該湾曲部１４の端部とサイクロン補集器２との間を段面形状が変化した横向ダクト１５により接続している。
前記横向ダクト１５は、前記湾曲部１４の断面積と同等の断面積の矩形形状を有して前記湾曲部１４の端部に接続される導入部１６と、該導入部１６からサイクロン補集器２に向かい断面積が徐々に減少してサイクロン補集器２に接続される矩形形状の絞り部１７とを有している。
前記湾曲部１４の端部に接続される導入部１６の接続部には、断面が円筒の湾曲部１４から矩形形状の導入部１６に形状が徐々に変化する形状変化部１８を有している。
図１、図２に示す形態では以下のように作用する。
ライザー１内を所要の空塔速度で吹き上げられる循環媒体を含む燃焼ガス４は、ライザー１と同じ断面積を有して曲げられた湾曲部１４に沿ってサイクロン補集器２の方向に導かれ、横向ダクト１５におけるライザー１と同等の断面積を有する導入部１６に導入され、更に絞り部１７により流路断面積が絞られて流速が高められ、続いてサイクロン補集器２に導かれて循環媒体５と排ガス６とに分離される。
この時、前記ライザー１内を上昇してくる循環媒体５を含有する燃焼ガス４は、湾曲部１４に沿ってライザー１と同等の断面積を有している導入部１６にスムーズに導かれるようになり、しかも一旦導入部１６に導かれた循環媒体はライザー１に落下することなくサイクロン補集器２に導入されて捕集されるので、ライザー１からサイクロン補集器２に取り出される循環媒体の取出量を従来に比して大幅に増加することができ、よってライザー１から流動層ガス化炉７（図７参照）へ循環される循環媒体５の循環量を大幅に増加することができる。
又、導入部１６に導かれた燃焼ガス４は絞り部１７によって流速が高められてサイクロン補集器２に導入されるため、サイクロン補集器２では循環媒体５の補集を良好に行うことができる。
図３は、本発明の形態の他の例を示す正面図、図４は図３をＩＶ−ＩＶ方向から見た平面図である。図３、図４では、ライザー１の上端における前記サイクロン補集器２側と反対側の位置には、斜め約４５゜で切り欠いて楕円形の傾斜壁１９で閉塞した形状としている。そして、前記と同様の横向ダクト１５におけるライザー１の断面積と同等の断面積を有する導入部１６は、ライザー１上端部のサイクロン補集器２側に接続され、絞り部１７の端部はサイクロン補集器２に接続される。この時、前記傾斜壁１９によってライザー１の上端部と導入部１６との接続部の断面積が小さくなることがないように、導入部１６の下側には前記傾斜壁１９と略平行に傾斜した傾斜接続部２０を設けてライザー１に接続している。これによって、ライザー１と、ライザー１と導入部１６との接続部と、導入部１６とは同等の断面積となっている。
図３、図４の形態においては、ライザー１内を上昇してくる循環媒体５を含有する燃焼ガス４は、傾斜壁１９を有しているライザー１と導入部１６との接続部を通して導入部１６にスムーズに導かれるようになり、しかも一旦導入部１６に導かれた循環媒体はライザー１に落下することなくサイクロン補集器２に導入されて捕集されるので、前記形態と同様に、ライザー１からサイクロン補集器２に取り出される循環媒体の取出量を従来に比して大幅に増加することができ、よってライザー１から流動層ガス化炉７（図７参照）へ循環させる循環媒体５の循環量を大幅に増加することができる。又、図３、図４の形態では、ライザー１は上端を斜めに切り欠いて傾斜壁１９を形成するのみであるため、ライザー１の形状の変更は小さくて済む効果がある。
図５は、本発明の形態の更に他の例を示す正面図、図６は図５をＶＩ−ＶＩ方向から見た平面図である。図５、図６では、ライザー１の上端の側部に前記と同様の横向ダクト１５の導入部１６を接続し、又、絞り部１７の端部はサイクロン補集器２に接続している。この時、ライザー１の上端部は前記横向ダクト１５の接続部よりも上部に突出した図７、図８に示す従来と同様の形状を有している。
図５、図６の形態においては、ライザー１内を上昇してくる循環媒体５を含有する燃焼ガス４は、ライザー１と同等の断面積を有する導入部１６に導入され易くなり、一旦導入部１６に導かれた循環媒体はライザー１に落下することなくサイクロン補集器２に導入されて捕集されるので、前記形態と同様に、ライザー１からサイクロン補集器２に取り出される循環媒体の取出量を従来に比して増加することができ、よってライザー１から流動層ガス化炉７（図７参照）へ循環させる循環媒体５の循環量を増大することができる。この時、ライザー１内を吹き上げられる燃焼ガス４中の循環媒体の一部は、ライザー１の天井部に衝突して落下するようになるが、前記したように導入部１６への導入が高められることによって、従来と比較するとライザー１からサイクロン補集器２へ取り出される循環媒体の取出量は大幅に増加するようになる。更に、図５、図６の形態では、ライザー１の上端部の形状は殆ど変更する必要がないため、ライザー１を安価に製造することができる。
なお、本発明は上記形態にのみ限定されるものではなく、種々の形式の循環流動層ガス化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正面図である。 図１をＩＩ−ＩＩ方向から見た平面図である。 本発明を実施する形態の他の例を示す正面図である。 図３をＩＶ−ＩＶ方向から見た平面図である。 本発明を実施する形態の更に他の例を示す正面図である。 図５をＶＩ−ＶＩ方向から見た平面図である。 従来の循環流動層ガス化炉の一例を示す概略正面図である。 図７をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向から見た平面図である。
符号の説明
１ ライザー
２ サイクロン補集器
４ 燃焼ガス
５ 循環媒体
７ 流動層ガス化炉
８ 原料
９ ガス化剤
１０ ガス化ガス
１１ 循環流路
１２ 空気
１４ 湾曲部
１５ 横向ダクト
１６ 導入部
１７ 絞り部
１９ 傾斜壁

Claims (3)

  1. 下方から供給される空気により燃焼して循環媒体を加熱するライザーと、ライザーの頂部から横向ダクトにより取り出された燃焼ガスを導入して該燃焼ガス中に混入している循環媒体を捕集するサイクロン補集器と、サイクロン補集器で捕集した循環媒体と原料を導入すると共にガス化剤を供給して前記循環媒体の熱により原料のガス化を行ってガス化ガスを生成する流動層ガス化炉と、流動層ガス化炉の循環媒体とガス化されない未反応のチャーを前記ライザーに戻す循環流路と、を有する循環流動層ガス化炉のライザー頂部構造であって、前記横向ダクトが、ライザーとの接続部にはライザーの断面積と同等の断面積の導入部を有し、該導入部とサイクロン補集器との間には前記導入部からサイクロン補集器に向かい断面積が徐々に減少して燃焼ガスの流速を高める絞り部を有することを特徴とする循環流動層ガス化炉のライザー頂部構造。
  2. ライザーの上端に導入部に接続する湾曲部を形成している請求項１に記載の循環流動層ガス化炉のライザー頂部構造。
  3. ライザーの上端における導入部の接続側に対して反対側の位置に、斜め４５゜で切り欠いて閉塞した傾斜壁を有する請求項１に記載の循環流動層ガス化炉のライザー頂部構造。
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