JP2011042768A - 循環流動層式ガス化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス化炉を一方向へ長大化することなく且つ高温となるガス化炉内部に仕切板を配設することなく、ガス化炉内部での原料の滞留時間を長くしてガス化反応時間を確保することができ、ガス化性能向上を図り得る循環流動層式ガス化方法及び装置を提供する。
【解決手段】ウインドボックス１０をガス化炉２長手方向に対し複数の室１０ａに分割し、該ウインドボックス１０の各室１０ａへ供給するガス化炉流動用ガスの流量を、前記ガス化炉２の一側から他側へ向け交互に大小がつけられるよう調節することにより、前記ガス化炉２内部の流動層１に、該ガス化炉２の一側から他側へ向け所要間隔をあけて上昇流と下降流とが交互に生じる複数の内部循環流を形成する流量調節弁１４を、前記ウインドボックス１０の各室１０ａに対応させて設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、循環流動層式ガス化方法及び装置に関するものである。

従来より、燃料として、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等の原料を用い、ガス化ガスを生成する循環流動層式ガス化装置の開発が進められている。

図６は従来の循環流動層式ガス化装置の一例を示すものであって、該循環流動層式ガス化装置は、前記原料が投入され且つガス化剤を兼ねる水蒸気等のガス化炉流動用ガスにより流動媒体（硅砂等）の流動層１を形成して前記原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉２と、該ガス化炉２で生成された可燃性固形分が流動媒体と共に抜出ループシール管３を介して導入され且つ空気又は酸素等の燃焼炉流動用ガスにより流動層４を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉５と、該燃焼炉５の燃焼排ガスを抜き出す排ガス配管６途中に設けられ且つ前記燃焼排ガスから流動媒体を分離し該分離した流動媒体を媒体流下管７を介して前記ガス化炉２に供給するサイクロン等の媒体分離装置８とを備えてなる構成を有している。

尚、図６中、９は前記原料をガス化炉２に投入する原料投入管、１０は前記ガス化炉２の底部に形成されたウインドボックス、１１は該ウインドボックス１０へ導入されるガス化炉流動用ガスをガス化炉２内部へ均一に吹き込んで流動層１を形成するための多数の散気ノズル（図示せず）を有する散気板、１２は前記燃焼炉５の底部に形成されたウインドボックス、１３は該ウインドボックス１２へ導入される燃焼炉流動用ガスを燃焼炉５内部へ均一に吹き込んで流動層４を形成するための多数の散気ノズル１３ａを有する散気板である。

又、前記媒体流下管７の途中にはループシール部７ａが形成され、前記ガス化炉２で生成されたガス化ガスが媒体分離装置８へ逆流しないようにしてある。

前述の如き循環流動層式ガス化装置においては、通常運転時、ガス化炉２において、ガス化剤を兼ねる水蒸気等のガス化炉流動用ガスによりウインドボックス１０の散気板１１上に流動層１が形成されており、ここに原料投入管９から石炭等の原料を投入すると、該原料はガス化され、ガス化ガスと可燃性固形分とが生成され、前記ガス化炉２で生成された可燃性固形分は流動媒体と共に抜出ループシール管３を介し抜き出されて、前記燃焼炉流動用ガスによりウインドボックス１２の散気板１３上に流動層４が形成されている燃焼炉５へ導入され、該可燃性固形分の燃焼が行われ、該燃焼炉５からの燃焼排ガスは、排ガス配管６を介して媒体分離装置８へ導入され、該媒体分離装置８において、前記燃焼排ガスから流動媒体が分離され、該分離された流動媒体は媒体流下管７を介して前記ガス化炉２に戻され、循環される。

ここで、前記燃焼炉５で可燃性固形分の燃焼に伴い高温になった流動媒体が燃焼排ガスと共に排ガス配管６を通り前記媒体分離装置８で分離され、前記媒体流下管７を介してガス化炉２に供給されることにより、ガス化炉２の高温が保持されると共に、原料の熱分解によって生成したガスや、その残渣原料が水蒸気と反応することによって、水性ガス化反応［Ｃ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ］や水素転換反応［ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ₂］が起こり、Ｈ₂やＣＯ等の可燃性のガス化ガスが生成される。

前記ガス化炉２で生成されたガス化ガスは、図示していないサイクロン等の媒体分離装置で煤塵等が分離除去された後、化学プラント或いはガスタービン等に供給される一方、前記媒体分離装置８で流動媒体が分離された燃焼排ガスは、排ガス処理設備へ送られる。

因みに、前記循環流動層式ガス化装置における通常運転中の熱量不足時、即ち前記ガス化炉２において原料のガス化のための充分な熱が得られないような場合には、前記ガス化炉２へ供給される原料と同じ石炭等の燃料が補助的に前記燃焼炉５へ投入されて燃焼が行われ、不足する熱を補うようになっている。又、前記循環流動層式ガス化装置における通常運転に到る前段階での循環予熱運転時には、前記ガス化炉２への原料の投入は行わずに、該ガス化炉２の底部から水蒸気の代わりに流動用の空気を供給した状態で、前記石炭等の燃料が予熱用として前記燃焼炉５へ投入されて燃焼が行われ、該燃焼炉５での燃料の燃焼に伴い高温になった流動媒体が燃焼排ガスと共に排ガス配管６を通り前記媒体分離装置８で分離され、前記媒体流下管７を介してガス化炉２に供給されることにより、循環流動層式ガス化装置の循環予熱が行われるようになっている。

尚、前述の如き循環流動層式ガス化装置と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１、２、３がある。

特開昭６０−１５８２９２号公報 特許２５７３０４６号公報 特開２００７−１１２８７３号公報

ところで、前述の如き従来の循環流動層式ガス化装置の場合、前記原料を原料投入管９からガス化炉２内部の長手方向における一側（上流側）に投入すると共に、前記媒体分離装置８で分離された流動媒体を媒体流下管７を介してガス化炉２内部の一側に戻し、該ガス化炉２内部の流動媒体及び可燃性固形分を前記ガス化炉２の長手方向における他側（下流側）に接続された抜出ループシール管３から抜き出して燃焼炉５へ導入する構造となっており、流動層１の表層での流動媒体の水平方向移動速度が底部より速くなっているが、石炭等の原料は珪砂等の流動媒体より比重が小さく、前記流動層１の表層での流動媒体の流れに乗りやすくなっているため、ガス化炉２内部での原料の滞留時間が短くなってガス化反応時間を確保できず、ガス化性能の低下につながる虞があった。

前記ガス化炉２内部での原料の滞留時間を長くして、該原料のガス化反応時間を確保するためには、ガス化炉２の一側から他側に向かう方向の長さを長くする必要があるが、該ガス化炉２の長さを長くすると、製作費や改修費が嵩むと共に、設置スペースも広くする必要があり、好ましくなかった。

一方、特許文献１に開示されたものは、多段流動層により滞留時間を調整するものであるが、流動層が複数個になるのでコストアップにつながると共に、流動層間の粒子流量制御弁（ロータリ弁等）により移送粒子量を調節しているため、装置の運転・制御・メンテナンス等が煩雑となり、制御弁の耐久性にも問題があった。

又、特許文献２に開示されたものは、内部循環流法を用いた矩形状ガス化炉であるが、灰分排出口がガス化炉下部に接続されているため、一部の有機固体原料は滞留時間が短くなり未反応分が多い状態で排出され、炭素転化率が低くなる可能性があると共に、流動媒体も一緒に排出されるため、熱損失が発生しやすくなっていた。

更に又、特許文献３に開示されたものは、ガス化炉の一側と他側との間に、鉛直な仕切板を所要の間隔で多数配置してガス化炉内部の一側から他側に向け上下で曲折したジグザグ状の湾曲流路を形成することにより、ガス化性能の低下を回避しようとするものであるが、高温となるガス化炉内部に多数の仕切板を配設することは、摩耗により仕切板の耐久性が著しく低下し、現実問題として非常に難しく、改善の余地が残されていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、ガス化炉を一方向へ長大化することなく且つ高温となるガス化炉内部に仕切板を配設することなく、ガス化炉内部での原料の滞留時間を長くしてガス化反応時間を確保することができ、ガス化性能向上を図り得る循環流動層式ガス化方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、ガス化炉でウインドボックスへ供給されるガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して該ガス化炉の長手方向における一側に投入される原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成し、該ガス化炉で生成されたガス化ガスを取り出す一方、前記ガス化炉で生成された可燃性固形分を流動媒体と共にガス化炉の長手方向における他側から燃焼炉へ導入し且つ該燃焼炉で燃焼炉流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行いつつ該燃焼炉の燃焼排ガスから媒体分離装置で流動媒体を分離し該分離した流動媒体を前記ガス化炉の一側に戻す循環流動層式ガス化方法において、
前記ガス化炉長手方向に対し複数の室に分割したウインドボックスへ供給するガス化炉流動用ガスの流量を、前記ガス化炉の一側から他側へ向け大小がつけられるよう調節することにより、前記ガス化炉内部の流動層に、該ガス化炉の一側から他側へ向け所要間隔をあけて上昇流と下降流とが生じる内部循環流を形成することを特徴とする循環流動層式ガス化方法にかかるものである。

又、本発明は、ウインドボックスへ供給されるガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して一側に投入される原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成された可燃性固形分が流動媒体と共にガス化炉の他側から導入され且つ燃焼炉流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉と、該燃焼炉の燃焼排ガスから流動媒体を分離し該分離した流動媒体を前記ガス化炉の一側に戻す媒体分離装置とを備えた循環流動層式ガス化装置において、
前記ガス化炉長手方向に対し複数の室に分割されるウインドボックスと、
該ウインドボックスの各室へ供給するガス化炉流動用ガスの流量を、前記ガス化炉の一側から他側へ向け大小がつけられるよう調節することにより、前記ガス化炉内部の流動層に、該ガス化炉の一側から他側へ向け所要間隔をあけて上昇流と下降流とが生じる内部循環流を形成する流量調節弁と
を備えたことを特徴とする循環流動層式ガス化装置にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

前記ガス化炉内部では、石炭等の原料は珪砂等の流動媒体より比重が小さく、前記流動層の表層で移動しやすくなるが、流量調節弁の開度調節によって、ウインドボックスの複数分割された各室へ供給するガス化炉流動用ガスの流量は、前記ガス化炉の一側から他側へ向け交互に大小がつけられるよう調節され、これにより、前記ガス化炉内部の流動層には、該ガス化炉の一側から他側へ向け所要間隔をあけて上昇流と下降流とが交互に生じる複数の内部循環流が形成されることから、前記ガス化炉の他側の上部から原料が短時間で出て行ってしまうことがなくなり、ガス化炉内部での原料の滞留時間が長くなり、該原料のガス化反応時間を確保することが可能となり、ガス化炉の一側から他側に向かう方向の長さを長くしなくて済み、この結果、製作費や改修費が抑えられると共に、設置スペースも広くする必要がなく、しかも、高温となるガス化炉内部に仕切板を配設しなくて済む。

前記循環流動層式ガス化装置においては、前記ウインドボックスへ導入されるガス化炉流動用ガスをガス化炉内部へ吹き込んで流動層を形成するための散気板に、ガス化炉流動用ガスが強く吹き出される室のガス化炉長手方向中央部へ前記下降流を導く傾斜部を形成することができ、このようにすると、流動媒体が散気板の傾斜部に沿って、ガス化炉流動用ガスが強く吹き出される室のガス化炉長手方向中央部へ集められるように流下した後、強く吹き上げられる形となり、前記内部循環流をより円滑に形成することが可能となる。

本発明の循環流動層式ガス化方法及び装置によれば、ガス化炉を一方向へ長大化することなく且つ高温となるガス化炉内部に仕切板を配設することなく、ガス化炉内部での原料の滞留時間を長くしてガス化反応時間を確保することができ、ガス化性能向上を図り得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の第一実施例を示す全体概要構成図である。 本発明の第一実施例におけるガス化炉長手方向のガス化炉流動用ガス流量を示す線図である。 本発明の第二実施例を示す全体概要構成図である。 本発明の第二実施例におけるガス化炉長手方向のガス化炉流動用ガス流量を示す線図である。 本発明の第三実施例を示す全体概要構成図である。 従来の循環流動層式ガス化装置の一例を示す全体概要構成図である。

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及び図２は本発明の第一実施例であって、図中、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図６に示す従来のものと同様であるが、本第一実施例の特徴とするところは、図１及び図２に示す如く、ウインドボックス１０をガス化炉２長手方向に対し複数（図１の例では七個）の室１０ａに分割し、該ウインドボックス１０の各室１０ａへ供給するガス化炉流動用ガスの流量を、前記ガス化炉２の一側から他側へ向け交互に大小がつけられるよう調節することにより、前記ガス化炉２内部の流動層１に、該ガス化炉２の一側から他側へ向け所要間隔をあけて上昇流と下降流とが交互に生じる複数（図１の例では六個）の内部循環流を形成する流量調節弁１４を、前記ウインドボックス１０の各室１０ａに対応させて設けた点にある。

本第一実施例の場合、前記ウインドボックス１０の各室１０ａのガス化炉２長手方向における長さ寸法は、前記ガス化炉２の一側と他側に配置される室１０ａを除いて全て同じ寸法Ｌとしてあり、ガス化炉２の一側と他側に配置される室１０ａのガス化炉２長手方向における長さ寸法は、Ｌ／２としてある。

又、ガス化炉２長手方向のガス化炉流動用ガス流量は、図２に示す如く、流量大で強く吹き出す箇所をＱ_Hとし、流量小で弱く吹き出す箇所をＱ_Lとしてある。

次に、上記第一実施例の作用を説明する。

前記ガス化炉２内部では、石炭等の原料は珪砂等の流動媒体より比重が小さく、前記流動層１の表層で移動しやすくなるが、流量調節弁１４の開度調節によって、ウインドボックス１０の複数分割された各室１０ａへ供給するガス化炉流動用ガスの流量は、前記ガス化炉２の一側から他側へ向け交互に大小がつけられるよう調節され、これにより、前記ガス化炉２内部の流動層１には、該ガス化炉２の一側から他側へ向け所要間隔をあけて上昇流と下降流とが交互に生じる複数の内部循環流が形成されることから、前記ガス化炉２の他側の上部から原料が短時間で出て行ってしまうことがなくなり、ガス化炉２内部での原料の滞留時間が長くなり、該原料のガス化反応時間を確保することが可能となり、ガス化炉２の一側から他側に向かう方向の長さを長くしなくて済み、この結果、製作費や改修費が抑えられると共に、設置スペースも広くする必要がなく、しかも、高温となるガス化炉２内部に仕切板を配設しなくて済む。

こうして、ガス化炉２を一方向へ長大化することなく且つ高温となるガス化炉２内部に仕切板を配設することなく、ガス化炉２内部での原料の滞留時間を長くしてガス化反応時間を確保することができ、ガス化性能向上を図り得る。

図３及び図４は本発明の第二実施例であって、図中、図１及び図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１及び図２に示す第一実施例と同様であるが、本第二実施例の特徴とするところは、図３及び図４に示す如く、前記ウインドボックス１０の各室１０ａへ供給するガス化炉流動用ガスの流量の大小のパターンを、ガス化炉２の一側から他側へ向け順次、小・大・小・大・小・大・小とした点にある。

第二実施例の如く構成しても、前記ガス化炉２内部では、石炭等の原料は珪砂等の流動媒体より比重が小さく、前記流動層１の表層で移動しやすくなるが、流量調節弁１４の開度調節によって、ウインドボックス１０の複数分割された各室１０ａへ供給するガス化炉流動用ガスの流量は、前記ガス化炉２の一側から他側へ向け交互に大小がつけられるよう調節され、これにより、前記ガス化炉２内部の流動層１には、該ガス化炉２の一側から他側へ向け所要間隔をあけて上昇流と下降流とが交互に生じる複数の内部循環流が形成されることから、前記ガス化炉２の他側の上部から原料が短時間で出て行ってしまうことがなくなり、ガス化炉２内部での原料の滞留時間が長くなり、該原料のガス化反応時間を確保することが可能となり、ガス化炉２の一側から他側に向かう方向の長さを長くしなくて済み、この結果、製作費や改修費が抑えられると共に、設置スペースも広くする必要がなく、しかも、高温となるガス化炉２内部に仕切板を配設しなくて済む。

こうして、第二実施例においても第一実施例の場合と同様、ガス化炉２を一方向へ長大化することなく且つ高温となるガス化炉２内部に仕切板を配設することなく、ガス化炉２内部での原料の滞留時間を長くしてガス化反応時間を確保することができ、ガス化性能向上を図り得る。

図５は本発明の第三実施例であって、図中、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図３に示す第二実施例と同様であるが、本第三実施例の特徴とするところは、図５に示す如く、前記ウインドボックス１０へ導入されるガス化炉流動用ガスをガス化炉２内部へ吹き込んで流動層１を形成するための散気板１１に、ガス化炉流動用ガスが流量大で強く吹き出される室１０ａのガス化炉２長手方向中央部へ前記下降流を導く傾斜部１１ａを形成した点にある。

第三実施例の如く構成しても、前記ガス化炉２内部では、石炭等の原料は珪砂等の流動媒体より比重が小さく、前記流動層１の表層で移動しやすくなるが、流量調節弁１４の開度調節によって、ウインドボックス１０の複数分割された各室１０ａへ供給するガス化炉流動用ガスの流量は、前記ガス化炉２の一側から他側へ向け交互に大小がつけられるよう調節され、これにより、前記ガス化炉２内部の流動層１には、該ガス化炉２の一側から他側へ向け所要間隔をあけて上昇流と下降流とが交互に生じる複数の内部循環流が形成されることから、前記ガス化炉２の他側の上部から原料が短時間で出て行ってしまうことがなくなり、ガス化炉２内部での原料の滞留時間が長くなり、該原料のガス化反応時間を確保することが可能となり、ガス化炉２の一側から他側に向かう方向の長さを長くしなくて済み、この結果、製作費や改修費が抑えられると共に、設置スペースも広くする必要がなく、しかも、高温となるガス化炉２内部に仕切板を配設しなくて済む。

更に、第三実施例の場合、流動媒体が散気板１１の傾斜部１１ａに沿って、ガス化炉流動用ガスが流量大で強く吹き出される室１０ａのガス化炉長手方向中央部へ集められるように流下した後、強く吹き上げられる形となり、前記内部循環流をより円滑に形成することが可能となる。

こうして、第三実施例においても第二実施例の場合と同様、ガス化炉２を一方向へ長大化することなく且つ高温となるガス化炉２内部に仕切板を配設することなく、ガス化炉２内部での原料の滞留時間を長くしてガス化反応時間を確保することができ、ガス化性能向上を図り得る。

尚、本発明の循環流動層式ガス化方法及び装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、前記ウインドボックスの分割個数は必要に応じて適宜選定し得ること、又、分割されるウインドボックスの長手方向における長さ寸法は必要に応じて個々に変更し得ること、更に、前記ウインドボックスを更に細分化してガス化炉流動用ガス流量をガス化炉長手方向へ階段状に増減させるようにしても良いこと等、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。

１ 流動層
２ ガス化炉
３ 抜出ループシール管
４ 流動層
５ 燃焼炉
７ 媒体流下管
８ 媒体分離装置
９ 原料投入管
１０ ウインドボックス
１０ａ 室
１１ 散気板
１１ａ 傾斜部
１４ 流量調節弁

Claims (3)

1. ガス化炉でウインドボックスへ供給されるガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して該ガス化炉の長手方向における一側に投入される原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成し、該ガス化炉で生成されたガス化ガスを取り出す一方、前記ガス化炉で生成された可燃性固形分を流動媒体と共にガス化炉の長手方向における他側から燃焼炉へ導入し且つ該燃焼炉で燃焼炉流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行いつつ該燃焼炉の燃焼排ガスから媒体分離装置で流動媒体を分離し該分離した流動媒体を前記ガス化炉の一側に戻す循環流動層式ガス化方法において、
   前記ガス化炉長手方向に対し複数の室に分割したウインドボックスへ供給するガス化炉流動用ガスの流量を、前記ガス化炉の一側から他側へ向け大小がつけられるよう調節することにより、前記ガス化炉内部の流動層に、該ガス化炉の一側から他側へ向け所要間隔をあけて上昇流と下降流とが生じる内部循環流を形成することを特徴とする循環流動層式ガス化方法。
2. ウインドボックスへ供給されるガス化炉流動用ガスにより流動媒体の流動層を形成して一側に投入される原料のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分とを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成された可燃性固形分が流動媒体と共にガス化炉の他側から導入され且つ燃焼炉流動用ガスにより流動層を形成して前記可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉と、該燃焼炉の燃焼排ガスから流動媒体を分離し該分離した流動媒体を前記ガス化炉の一側に戻す媒体分離装置とを備えた循環流動層式ガス化装置において、
   前記ガス化炉長手方向に対し複数の室に分割されるウインドボックスと、
   該ウインドボックスの各室へ供給するガス化炉流動用ガスの流量を、前記ガス化炉の一側から他側へ向け大小がつけられるよう調節することにより、前記ガス化炉内部の流動層に、該ガス化炉の一側から他側へ向け所要間隔をあけて上昇流と下降流とが生じる内部循環流を形成する流量調節弁と
   を備えたことを特徴とする循環流動層式ガス化装置。
3. 前記ウインドボックスへ導入されるガス化炉流動用ガスをガス化炉内部へ吹き込んで流動層を形成するための散気板に、ガス化炉流動用ガスが強く吹き出される室のガス化炉長手方向中央部へ前記下降流を導く傾斜部を形成した請求項２記載の循環流動層式ガス化装置。

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