JP2012062376A - ガス化炉、ガス化炉の運転方法、及び石炭ガス化複合発電プラント - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガス化炉1の上部と下部に設置されて石炭26、32と酸素28、34を供給する上段バーナ5及び下段バーナ6と、ガス化炉1の壁面を構成してその内側にガス化部4を形成する側壁耐火材7を備えたガス化炉1において、上段バーナ5と下段バーナ6との間の側壁耐火材7の内部に温度測定器16をガス化炉1の高さ方向に沿って複数個設置し、これらの温度測定器16で測定した温度測定値に基づいてガス化部4の内部の前記側壁耐火材7近傍の温度分布を演算し、この演算した温度分布に基づいて上段バーナ5及び下段バーナ6からガス化部4内に供給する石炭26、32及び酸素28、34の流量を調整する制御装置21を備えた。
【選択図】図1
Description
複数個設置した前記温度測定器で測定した温度測定値に基づいてガス化部の内部の前記側壁耐火材近傍の温度分布を演算し、この側壁耐火材近傍の温度分布に基づいて前記上段バーナ及び下段バーナからガス化部内に供給する石炭及び酸素の流量を調整する制御装置を備えたことを特徴とする。
上段バーナの角運動量=上段バーナによる旋回径×(上段バーナの石炭質量流量×上段バーナの石炭の投入流速+上段バーナの窒素質量流量×上段バーナの窒素の投入流速+上段バーナの酸素質量流量×上段バーナの酸素の投入流速)・・・(2)
下段バーナの角運動量=下段バーナによる旋回径×(下段バーナの石炭質量流量×下段バーナの石炭の投入流速+下段バーナの窒素質量流量×下段バーナの窒素の投入流速+下段バーナの酸素質量流量×下段バーナの酸素の投入流速)・・・(3)
例えば、上段バーナ5の角運動量を高くすると、角運動量比も高くなり、図1の上段バーナ5によって形成された火炎14の旋回力が増す。
上段バーナ5での実施を例にとって説明する。上段バーナ5からガス化部4内に投入する流速の低減対策が最も効果的である。ガス化炉1の運転を停止して上段バーナ5の口径を拡大する方法が良い。
下段バーナ6での実施を例にとって説明する。側壁耐火材7近傍のガス及びスラグの温度の低減対策が最も効果的である。
まず、ガス化部4の中段の側壁耐火材7の壁面に付着物19が成長した場合を例にとって説明する。下段バーナ6の火炎15の旋回力を高めて角運動量比を低減し、図4に示すガス化部4の下部の高温領域の高さを拡大させる。
これにより、付着物19が側壁耐火材7の壁面に付着する場所を灰溶融領域とすることで、付着物19の焼切り運転を行なう。そしてこの焼切り運転が終了すれば、元の運転条件に戻す。
下段バーナ6から投入する酸素34の増加量は、運転条件や石炭性状(発熱量や水分量など)などにもよるが、下段バーナ6から投入する石炭量に対する重量比で5〜10%程度を目安にすると良い。この場合、ガス化部4の底部から中段におけるガス温度の上昇は、約100〜200℃程度と見込まれる。
・上段バーナ5の火炎インピンジや天井開口部2の縮小・閉塞に繋がらなければ、ガス化部4の運用に支障ない。
・焼切り運転を実施する場合、上段バーナ5の熱負荷を高めるか、天井部直下に焼切り運転用のバーナ設置が必要となる。溶融スラグの液滴が、天井部開口部2に飛散・付着すると、天井部開口部2の閉塞が懸念される。
スラグタップ開口部9に溶融スラグが付着し、スラグタップ開口部9が縮小すると、ガス化部4底部における溶融スラグの排出も阻害されて、ガス化部4底部に溶融スラグが堆積する。
これにより、ガス化部4で発生する生成ガスのCO2、H2濃度が高まる。よって、生成ガス中のCO2を回収し、H2を発電用燃料又はアンモニア製造等の工業用材料として利用するガス化システムに適した運用となる。
本実施例によれば、ガス火炉の炉内の付着物の成長及び耐火材の溶損を抑制してガス化炉が運転停止に至る状況を回避し、長期の連続運転に耐える信頼性の高いガス化炉、並びにガス化炉の運転方法が実現できる。
・角運動量比=上段バーナの角運動量/(上段バーナの角運動量+下段の角運動量)・・・(5)
・上段バーナの角運動量=上段バーナによる旋回径×(上段バーナの石炭質量流量×上段バーナの石炭の投入流速+上段バーナの窒素質量流量×上段バーナの窒素の投入流速+上段バーナの酸素質量流量×上段バーナの酸素の投入流速)・・・(6)
・下段の角運動量=下段バーナによる旋回径×(下段バーナの石炭質量流量×下段バーナの石炭の投入流速+下段バーナの窒素質量流量×下段バーナの窒素の投入流速+下段バーナの酸素質量流量×下段バーナの酸素の投入流速)+チャーバーナによる旋回径×(チャーバーナのチャー質量流量×チャーバーナのチャーの投入流速+チャーバーナの窒素質量流量×チャーバーナの窒素の投入流速+チャーバーナの酸素質量流量×チャーバーナの酸素の投入流速)・・・(7)
付着物19の成長時の焼切り運転、炉内温度分布に対応した角運動量比の調整方法は、実施例1の場合と同様である。しかし、本実施例では、下段の角運動量=下段バーナの角運動量+チャーバーナの角運動量であることから、チャーバーナの運用条件のみを調整することで、下段の角運動量、及び角運動量比を調整することも可能である。
Claims (13)
- 窒素搬送の石炭と酸素をガス化炉の内部に供給する上段バーナ及び下段バーナと、前記ガス化炉に設置されてガス化炉の壁面を構成する側壁耐火材と、前記上段バーナ及び下段バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化して石炭中の灰分を溶融スラグ化させるように前記側壁耐火材の内側に形成されたガス化部と、前記ガス化部内でガス化した生成ガスを外部に抜き出す開口部を有する天井部及び溶融スラグを下方に流下させる別の開口部を有するスラグタップを底部にそれぞれ備えたガス化炉において、
前記上段バーナと下段バーナとの間の前記側壁耐火材の内部に温度測定器をガス化炉の高さ方向に沿って複数個設置し、
複数個設置した前記温度測定器で測定した温度測定値に基づいてガス化部の内部の前記側壁耐火材近傍の温度分布を演算し、この側壁耐火材近傍の温度分布に基づいて前記上段バーナ及び下段バーナからガス化部内に供給する石炭及び酸素の流量を調整する制御装置を備えたことを特徴とするガス化炉。 - 請求項1に記載のガス化炉において、
前記温度測定器は前記天井部から前記スラグタップまでの側壁耐火材の内部にガス化炉の高さ方向に沿って複数個設置させたことを特徴とするガス化炉。 - 請求項1又は請求項2に記載のガス化炉において、
前記側壁耐火材の内部に設置する温度測定器は、側壁耐火材の厚み方向にも複数個設置させたことを特徴とするガス化炉。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のガス化炉において、
前記ガス化部のスラグタップ直下にクエンチ部を備え、前記クエンチ部の内部に酸素及び窒素を供給する酸素・窒素ノズルを設置し、前記酸素・窒素ノズルに供給する酸素の流量を調整する第2の酸素流量調整器と窒素の流量を調整する窒素流量調整器とをそれぞれ設置し、前記制御装置によって前記第2の酸素流量調整器及び窒素流量調整器を制御して前記酸素・窒素ノズルからクエンチ部内に供給する酸素の流量及び窒素の流量を調整することを特徴とするガス化炉。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のガス化炉において、
前記上段バーナ及び下段バーナからガス化炉内に酸素を供給する酸素供給系統に、窒素又は水蒸気を添加する窒素又は水蒸気の流量調整器をそれぞれ設置し、前記制御装置によって前記窒素又は水蒸気の流量調整器を制御して前記窒素又は水蒸気の流量調整器から酸素供給系統に添加する窒素の流量又は水蒸気の流量を調整することを特徴とするガス化炉。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のガス化炉において、
チャーと酸素をガス化部内に供給するチャーバーナを前記下段バーナが設置されたガス化炉の高さ位置と同じ高さに設置し、前記チャーバーナからガス化炉内にチャーを供給するチャー流量調整器及び酸素を供給する第3の酸素流量調整器をそれぞれ設置し、前記制御装置によって前記チャー流量調整器及び第3の酸素流量調整器を制御して前記チャーバーナからガス化炉内に供給するチャー及び酸素の流量を調整することを特徴とするガス化炉。 - ガス化炉の上段と下段とに設けた上段バーナ及び下段バーナから窒素搬送の石炭と酸素をガス化炉の壁面を構成する側壁耐火材の内側に形成されたガス化部に供給して石炭中の可燃分をガス化して石炭中の灰分を溶融スラグ化させ、前記ガス化部内でガス化した生成ガスを外部に抜き出す開口部を有する天井部及び溶融スラグを下方に流下させる別の開口部を有するスラグタップを底部にそれぞれ備えたガス化炉の運転方法において、
ガス化炉の側壁耐火材の内部にガス化炉の高さ方向に沿って複数個設置した温度測定器で計測した温度測定値基づいてガス化部の内部の前記側壁耐火材近傍の温度分布を演算し、
この演算で求めた側壁耐火材近傍の温度分布に基づいて前記上段バーナ及び下段バーナからガス化部内に供給する石炭及び酸素の流量を調整するようにしたことを特徴とするガス化炉の運転方法。 - 請求項7に記載のガス化炉の運転方法において、
演算で求めた前記側壁耐火材近傍の温度分布に基づいて側壁耐火材の厚さ減少の有無及び場所、又は側壁耐火材への付着物成長の有無及び場所を検知して前記上段バーナ及び下段バーナからガス化部内に供給する石炭及び酸素の流量をそれぞれ調整し、ガス化部内に形成する火炎の温度を調節するようにしたことを特徴とするガス化炉の運転方法。 - 請求項7又は請求項8に記載のガス化炉の運転方法において、
演算で求めた前記側壁耐火材近傍の温度分布に基づいて側壁耐火材の厚さ減少の有無及び場所、又は側壁耐火材への付着物成長の有無及び場所を検知して前記上段バーナ及び下段バーナからガス化部内に供給する搬送窒素、石炭及び酸素による上段バーナ及び下段バーナの角運動量をそれぞれ調節し、ガス化部の下部に形成される灰溶融領域の高さを調整するようにしたことを特徴とするガス化炉の運転方法。 - 請求項7乃至請求項9のいずれか1項に記載のガス化炉の運転方法において、
前記ガス化部のスラグタップ直下に備えたクエンチ部の内部に酸素・窒素ノズルから酸素及び窒素を供給するように構成し、演算で求めた前記側壁耐火材近傍の温度分布に基づいて前記酸素・窒素ノズルからクエンチ部内に投入する酸素及び窒素の混合ガスの流量と酸素濃度を調整してガス化部の底部の加熱を調節することを特徴とするガス化炉の運転方法。 - 請求項7乃至請求項10のいずれか1項に記載のガス化炉の運転方法において、
前記上段バーナ及び下段バーナからガス化部内に供給する酸素の供給系統に設置された窒素又は水蒸気の流量調整器から窒素又は水蒸気を添加するように構成し、演算で求めた前記側壁耐火材近傍の温度分布に基づいて前記窒素又は水蒸気の流量調整器から前記酸素の供給系統に添加する窒素又は水蒸気の供給量を調節することを特徴とするガス化炉の運転方法。 - 請求項7乃至請求項11のいずれか1項に記載のガス化炉の運転方法において、
前記下段バーナが設置されたガス化炉の高さ位置と同じ高さに設置したチャーバーナからチャーと酸素をガス化部内に供給するように構成し、
演算で求めた前記側壁耐火材近傍の温度分布に基づいて前記チャーバーナからガス化部内に供給するチャーと酸素の供給量を調節することを特徴とするガス化炉の運転方法。 - 窒素搬送の石炭と酸素をガス化炉の内部に供給する上段バーナ及び下段バーナと、前記ガス化炉に設置されてガス化炉の壁面を構成する側壁耐火材と、前記上段バーナ及び下段バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化して石炭中の灰分を溶融スラグ化させるように前記側壁耐火材の内側に形成されたガス化部と、前記ガス化部内でガス化した生成ガスを外部に抜き出す開口部を有する天井部及び溶融スラグを下方に流下させる別の開口部を有するスラグタップを底部にそれぞれ備え、前記上段バーナと下段バーナとの間の前記側壁耐火材の内部に温度測定器をガス化炉の高さ方向に沿って複数個設置し、複数個設置した前記温度測定器で測定した温度測定値に基づいてガス化部の内部の前記側壁耐火材近傍の温度分布を演算し、この側壁耐火材近傍の温度分布に基づいて前記上段バーナ及び下段バーナからガス化部内に供給する石炭及び酸素の流量を調整する制御装置を備えたガス化炉を備えており、
前記ガス化炉のガス化部で生成されて該ガス化炉から導出された生成ガスを脱塵する脱塵装置と、前記脱塵装置で生成ガス中から回収したチャーをガス化炉に設置されたチャーバーナに供給するチャー供給系統と、脱塵装置で脱塵された生成ガスの脱硫を行なう脱硫装置と、前記脱硫装置で脱硫された生成ガスを燃料として燃焼する燃焼器と、前記燃焼器で発生した燃焼ガスで駆動するガスタービンと、前記ガスタービンで駆動して発電する発電機と、前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機を備えたことを特徴とする石炭ガス化複合発電プラント。
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