JP2012172080A - Coal gasification method in coal gasification apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、石炭を部分酸化してガス化するガス化炉を有する石炭ガス化装置に係り、ガス化炉内のスラグコーティングを運転効率が最大となる適正量に維持することができる石炭ガス化方法に関する技術である。 The present invention relates to a coal gasification apparatus having a gasification furnace that partially oxidizes coal and gasifies it, and is capable of maintaining the slag coating in the gasification furnace at an appropriate amount that maximizes the operation efficiency. It is a technique related to the method.
従来、この種の石炭ガス化装置として、例えば、特許文献1〜3に示される技術が知られている。
特許公報1及び2に示される石炭ガス化装置では、下段のガス化炉において、酸素、又は、酸素及び水蒸気と、石炭を投入して部分酸化によりガス化ガスを生成し、上段の改質炉において、前記生成したガス化ガス中に石炭及び水素を投入して水素化熱分解によりガス、オイル、及びチャーを生成する、上下二室二段の反応器を用いた方式が示されている。そして、このように反応器を二室二段とすることで、石炭のガス化を行う部分と水素化熱分解を行う部分を分離し、各部分の操作条件を自由に設定することが可能となる。
Conventionally, as this type of coal gasifier, for example, techniques disclosed in
In the coal gasifier shown in
特許公報3に示される石炭ガス化装置では、微粉炭及びガス化剤(酸素含有ガス等)を、高温加圧されたガス化炉内に噴入して内部のガス化部で部分酸化させる構成であり、これにより生成ガスを得るものである。
また、特許公報4に示される石油コークス供給原料のガス化方法では、X(CaO、CaCO3、MgO、MgCO3、酸化鉄、酸化ホウ素、酸化ナトリウム、酸化カリウム及びその混合物から構成される群から選択される塩基性灰成分)、Al2O3及びSiO2から構成される三成分系状態から、最適な組成を判定することにより、スラグ粘度の適正化を図る技術が示されている。
In the coal gasifier shown in
Further, in the gasification method of petroleum coke feedstock disclosed in
ところで、上記特許公報1〜4に示される石炭ガス化装置のガス化炉では、副産物として石炭中の灰分はスラグとなって炉内の壁面がスラグコーティングされ、かつそのスラグコーティングの一部が溶融スラグとなって、該ガス化炉下部のスラグタップ排出孔を経由して下方に位置する水槽(水砕部)に案内される。
このガス化炉のスラグコーティングはその量が不十分であると、水壁炉からの抜熱が大きくなり、適正なガス化温度を維持するための酸素ガスの供給量が増加する。また、スラグコーティングが過剰になると、炉内のスラグコーティングは維持されるものの、炉外に排出される溶融スラグ量も多くなり、その結果、炉内から流出する熱量が増加し、適正なガス化温度を維持するための酸素ガスの供給量が増加する。
すなわち、上記特許公報1〜4に示される石炭ガス化炉では、適正なスラグコーティングが最適量に維持されないと、ガス化温度を維持するための酸素ガス供給量が増加し、ガス化炉を運転するためのコストが増大するという問題があった。
By the way, in the gasification furnace of the coal gasification apparatus shown in the
If the amount of the slag coating of the gasification furnace is insufficient, the heat removal from the water wall furnace is increased, and the supply amount of oxygen gas for maintaining an appropriate gasification temperature is increased. If the slag coating is excessive, the slag coating in the furnace will be maintained, but the amount of molten slag discharged outside the furnace will also increase, resulting in an increase in the amount of heat flowing out of the furnace and proper gasification. The supply amount of oxygen gas for maintaining the temperature increases.
That is, in the coal gasifier shown in the
また、特許文献4では、スラグ粘度の適正化を図るために三成分系状態から最適な石炭組成を検討する技術が示されているが、最適な石炭組成を得るために試行錯誤しなければならない。特に、灰分が不足する低灰分炭(例えば、灰分量が2wt%より小さい)をガス化する場合には、組成のみで原料成分を決定することは困難であるという問題があった。近年この種の低灰分炭は、石炭ガス化装置に好適に用いられている。
Moreover, in
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な方式により、灰分が不足する低灰分炭をガス化する場合にも、炉内において最適なスラグコーティングを行うことで、ガス化炉内の温度を好適に維持することができる石炭ガス化装置における石炭ガス化方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and even when gasifying low ash coal that lacks ash by a simple method, by performing optimal slag coating in the furnace, gas Provided is a coal gasification method in a coal gasifier capable of suitably maintaining the temperature in a gasifier.
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本願の請求項1は、石炭を部分酸化してガス化するガス化炉を有する石炭ガス化装置における石炭ガス化方法であって、前記石炭の灰分量が2〜19wt%となるように、前記石炭の原材料となる原炭に調製剤を添加することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
本発明によれば、石炭の灰分量が2〜19wt%となるように原炭に調製剤を添加したので、灰分が不足する低灰分炭を原炭として使用してガス化した場合であっても、ガス化炉内のスラグコーティングが適正量に維持され、該スラグコーティングの不足又は過剰から生じる炉内の温度低下を防止することができる。このように、本発明では、石炭の灰分量が2〜19wt%となるように原炭に調製剤を添加するという簡易な方式により、灰分が不足する低灰分炭を原炭としてガス化する場合にも、炉内において最適なスラグコーティングを行うことができ、ガス化炉内の温度を好適に維持して効率良い石炭ガス化装置の運転を行うことができる。
すなわち、石炭の灰分量が2wt%よりも小さいと、ガス化炉のスラグコーティングの量が不十分となって水壁炉(炉壁)からの抜熱が大きくなり、適正なガス化温度を維持するための酸素ガスの供給量が増加し、また、灰分量が19wt%よりも大きいと、スラグコーティングが過剰になって炉外に排出される溶融スラグ量も多くなり、その結果、炉内から流出する熱量が増加し、適正なガス化温度を維持するための酸素ガスの供給量が増加するという問題が発生する。しかし、本発明では、石炭の灰分量が適正となる2〜19wt%となるように原炭に調製剤を添加したので、灰分が不足する低灰分炭を原炭として使用してガス化した場合であっても、ガス化炉内のスラグコーティングが適正量に維持され、該スラグコーティングの不足又は過剰から生じる炉内の温度低下を防止することができるものである。
なお石炭の灰分とは、石炭が含有する石英、粘土鉱物、硫化鉄、有機物中の微量の金属類などの無機物を意味する。
According to the present invention, since the preparation agent is added to the raw coal so that the ash content of the coal is 2 to 19 wt%, the low ash coal with insufficient ash content is used as the raw coal for gasification. In addition, the slag coating in the gasification furnace is maintained at an appropriate amount, and the temperature drop in the furnace caused by the shortage or excess of the slag coating can be prevented. As described above, in the present invention, when the ash content of the low ash coal is gasified as the raw coal by a simple method of adding the preparation agent to the raw coal so that the ash content of the coal becomes 2 to 19 wt%. In addition, the optimum slag coating can be performed in the furnace, and the temperature of the gasification furnace can be suitably maintained and the efficient operation of the coal gasifier can be performed.
That is, if the ash content of coal is less than 2 wt%, the amount of slag coating in the gasification furnace becomes insufficient, heat removal from the water wall furnace (furnace wall) increases, and an appropriate gasification temperature is maintained. If the supply amount of oxygen gas increases and the amount of ash is greater than 19 wt%, the amount of molten slag discharged from the furnace increases due to excessive slag coating, resulting in outflow from the furnace. The amount of heat to be generated increases, and there is a problem that the supply amount of oxygen gas for maintaining an appropriate gasification temperature increases. However, in the present invention, since the preparation agent is added to the raw coal so that the amount of ash content of the coal becomes 2 to 19 wt%, when the gas is gasified using low ash coal with insufficient ash content as raw coal. Even so, the slag coating in the gasification furnace is maintained at an appropriate amount, and the temperature drop in the furnace caused by the shortage or excess of the slag coating can be prevented.
The ash content of coal means inorganic substances such as quartz, clay minerals, iron sulfide, and trace metals in organic matter.
また、本願の請求項2に係る石炭ガス化方法によれば、前記石炭の灰分量が、好ましくは6〜10wt%となるように調製剤を添加することを特徴とする。
Moreover, according to the coal gasification method according to
本発明によれば、石炭の灰分量が2〜19wt%となるように好ましくは6〜10wt%となるように調製剤を添加することで、ガス化炉内のスラグコーティングが最適量に維持され、該スラグコーティングの不足又は過剰から生じる炉内の温度低下を確実に防止することができる。 According to the present invention, the slag coating in the gasifier is maintained at an optimum amount by adding the preparation agent so that the ash content of coal is preferably 2 to 19 wt%, preferably 6 to 10 wt%. Therefore, it is possible to reliably prevent a temperature drop in the furnace resulting from the shortage or excess of the slag coating.
また、本願の請求項3に係る石炭ガス化方法によれば、前記調製剤としては、石灰石・硅砂等の鉱物、高炉スラグ粉末・耐火材粉末・各種セメント粉末等の酸化物粉末が利用されることを特徴とする。
Further, according to the coal gasification method according to
本発明によれば、調製剤として、石灰石・硅等の鉱物、高炉スラグ粉末・耐火材粉末・各種セメント粉末等の酸化物粉末を利用することで、石炭の灰分量の調整を好適に行うことが可能となる。 According to the present invention, the ash content of coal is suitably adjusted by utilizing mineral powders such as limestone and straw, and oxide powders such as blast furnace slag powder, refractory powder, and various cement powders as a preparation agent. Is possible.
本願の請求項1に係る石炭ガス化方法によれば、石炭の灰分量が2〜19wt%となるように原炭に調製剤を添加したので、灰分が不足する低灰分炭を原炭として使用してガス化した場合であっても、ガス化炉内のスラグコーティングが適正量に維持され、該スラグコーティングの不足又は過剰から生じる炉内の温度低下を防止することができる。すなわち、本発明では、石炭の灰分量が2〜19wt%となるように原炭に調製剤を添加するという簡易な方式により、灰分が不足する低灰分炭を原炭としてガス化する場合にも、炉内において最適なスラグコーティングを行うことができ、ガス化炉内の温度を好適に維持して効率良い石炭ガス化装置の運転を行うことができる。
According to the coal gasification method according to
本願の請求項2に係る石炭ガス化方法によれば、石炭の灰分量が2〜19wt%となるように好ましくは6〜10wt%となるように原炭に調製剤を添加することで、ガス化炉内のスラグコーティングが最適量に維持され、該スラグコーティングの不足又は過剰から生じる炉内の温度低下を確実に防止することができる。
According to the coal gasification method according to
本願の請求項3に係る石炭ガス化方法によれば、調製剤として、石灰石・硅等の鉱物、高炉スラグ粉末・耐火材粉末・各種セメント粉末等の酸化物粉末を利用することで、石炭の灰分量の調整を好適に行うことが可能となる。
According to the coal gasification method according to
本発明の一実施形態について図1及び図2を参照して説明する。
図1は、本実施形態として示される一般的な石炭ガス化装置100であって、ライン(図示略)より微粉炭(石炭)を搬送し、ライン1を用いてガス化剤(酸素含有ガス等)をバーナ2より高温の加圧されたガス化炉3内に噴入して部分酸化させる構成であり、このガス化炉3で生じる生成ガスGを上部開口3Aから排出する。
なお、ガス化炉3の上部開口3Aの上方には、該ガス化炉3内で生成したガス化ガス中に水素を投入して水素化熱分解によりガス、オイル、及びチャーを生成する図示しない改質炉が連設されている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 shows a
Above the
また、ガス化炉3での部分酸化に伴い、副産物として石炭中の灰分がスラグとなってガス化炉3の内壁にスラグコーティング(符号Sで示す)されるとともに、その一部は溶融スラグS1になって排出される。
すなわち、前記ガス化炉3は、その下部に設けられたスラグタップ排出孔3Bを経由して、内部で形成される溶融スラグS1が排出かつ滴下されるものであって、スラグタップ排出孔3Bから排出された溶融スラグS1は、スラグ冷却部4を滴下する間に冷却された後、スラグ水砕部5に貯留される。
このスラグ水砕部5は内部にスラグ冷却水6が貯留されるものであって、溶融スラグS1を水砕・急冷却して水砕スラグS2とした後、下部のスラグ排出孔5Aより排出する。
Further, along with the partial oxidation in the
That is, the
The slag water granulating
前記スラグ水砕部5の下部に位置するスラグ排出孔5Aには、弁7を有する連結管8が接続されており、該連結管8を通じて、スラグ水砕部5から排出された水砕スラグS2がスラグロックホッパ10に送られる。
このスラグロックホッパ10では、水砕スラグS2を一定時間貯留して、スラグ沈殿させるものであって、一定時間が経過後に、弁11を有する連結管12を経由して水砕スラグS2を系外に取り出すようにしている。
A connecting
In this slag lock hopper 10, the granulated slag S2 is stored for a certain period of time and slag settled, and after a certain period of time, the granulated slag S2 is removed from the system via the connecting
次に、ガス化炉3の内壁に形成されるスラグコーティングSの最適化について説明する。
本発明に係る石炭ガス化装置100では、灰分が不足する低灰分炭を原炭としてガス化する際に、ガス化炉3の内壁に形成されるスラグコーティングSが不足しないように適正量とするために、石炭の原材料となる原炭に調製剤を添加して、石炭の灰分量を調整する。
Next, optimization of the slag coating S formed on the inner wall of the
In the
ここで調整される灰分量の割合について図2を参照して説明する。
図2のグラフは、2000t/dのガス化炉3に供給される石炭の灰分量(横軸)と、全体の熱損失量(縦軸)との関係を示すものであって、「□」は灰分量に応じて溶融スラグS1となって流出する灰持ち出し熱量を示すグラフ、「△」は灰分量に応じてガス化炉3から発熱される炉抜熱量を示すグラフ、「○」は前記「□」と「△」の総和を示す熱損失合計を示すグラフである。
The ratio of the ash content adjusted here will be described with reference to FIG.
The graph of FIG. 2 shows the relationship between the ash content (horizontal axis) of coal supplied to the 2000 t /
そして、「○」の熱損失合計を示すグラフを参照して分かるように、このガス化炉3では、熱損失合計が最小となる(最適な)灰分量は8wt%に調製した場合であり、その際の熱損失合計は6.01Gcal/hとなる。また、灰分量が6〜10wt%にある場合は、最小の熱損失合計に比べ+1%以内の抜熱量(6.09Gcal/h未満)であり、灰分量が2〜19wt%にある場合は、最小の熱損失合計に比べて+20%以内の熱損失合計(7.10Gcal/h未満)となる。
以上より、石炭の灰分量を2〜19wt%(図2に範囲aで示す)、好ましくは6〜10wt%(図2に範囲bで示す)に調製し、最も好ましくは、8wt%に調製すれば、熱損失合計を抑えることができる。
And, as can be seen with reference to the graph showing the total heat loss of “◯”, in this
From the above, the coal ash content is adjusted to 2 to 19 wt% (indicated by range a in FIG. 2), preferably 6 to 10 wt% (indicated by range b in FIG. 2), and most preferably adjusted to 8 wt%. Thus, the total heat loss can be suppressed.
なお、灰分が不足する低灰分炭を原炭としてガス化する際に、石炭の灰分量が2〜19wt%(好ましくは6〜10wt%)となるように原炭に調製剤を添加するときに、調製剤としては、鉱物(石灰石、硅砂、葉ろう石等)や酸化物粉末(高炉スラグ粉末、耐火材粉末、各種セメント粉末等)が利用できる。 When gasifying low ash coal with insufficient ash as raw coal, the preparation agent is added to the raw coal so that the ash content of the coal is 2 to 19 wt% (preferably 6 to 10 wt%). As the preparation agent, minerals (limestone, cinnabar, granite, etc.) and oxide powders (blast furnace slag powder, refractory powder, various cement powders, etc.) can be used.
ここで、本実施形態に係る石炭ガス化装置における石炭ガス化方法における原材料の調整方法の一例について、以下の(1)〜(3)に示す。 Here, it shows to the following (1)-(3) about an example of the adjustment method of the raw material in the coal gasification method in the coal gasification apparatus which concerns on this embodiment.
(1)SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、TiO2、P2O5、SO3、K2O、Na2Oで、残分は強熱減量(ig. Loss)を灰組成とする原炭を用意し、その灰分量を測定する。
(1) SiO 2 , CaO, Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , MnO, MgO, TiO 2 , P 2 O 5 , SO 3 , K 2 O, Na 2 O, and the remainder is ignition loss (
(2)次に、原炭の灰分量の割合が適正値でなく、ガス化炉3の内壁に形成されるスラグコーティングSが不足する恐れがある場合には、灰分量が2〜19wt%(好ましくは6〜10wt%)となるように原炭に調製剤を添加する。
(2) Next, when the ratio of the ash content of the raw coal is not an appropriate value and the slag coating S formed on the inner wall of the
(3)最後に、原炭と調製剤を混合する。例えば、原炭をコンベアスケール等で計量しながら搬送する場合は、その時間当りの流量(kg/h)に合わせて、調製剤を一定の重量比で混入する。この後、固体混合器や気流搬送等を用いて原炭と調製剤を良く混合する。これにより、灰分量が2〜19wt%とされた石炭が生成される。 (3) Finally, the raw coal and the preparation agent are mixed. For example, when the raw coal is conveyed while being measured on a conveyor scale or the like, the preparation agent is mixed at a constant weight ratio in accordance with the flow rate per hour (kg / h). Thereafter, the raw coal and the preparation agent are well mixed using a solid mixer, an air current conveyance or the like. As a result, coal with an ash content of 2 to 19 wt% is generated.
〔実施例〕
以下、本実施形態に係る石炭ガス化装置における石炭ガス化方法の一例について具体的に説明する。
まず、ここで使用する原炭をロイヤン炭とすると、その灰組成及びその灰分量は、例えば、SiO2を16.47wt%、CaOを12.16wt%、Fe2O3を7.71wt%、Al2O3を11.21wt%、MnOを0.09wt%、MgOを11.1wt%、TiO2を0.65wt%、P2O5を0.044wt%、SO3を18.252wt%、K2Oを0.53wt%、Na2Oを7.18wt%、ig. Lossを14.604wt%(いずれもDRY)となる。この原炭は灰分量が1.7wt%であり、そのままガス化すると熱損失合計が多くなることから、上記(2)及び(3)で示すように調製剤を添加して、灰分量を8wt%にまで増やすことで、熱損失合計の減少を図った。
〔Example〕
Hereinafter, an example of the coal gasification method in the coal gasifier according to the present embodiment will be specifically described.
First, when the raw coal to Roiyan charcoal used herein, the ash composition and its ash content, for example, a SiO 2 16.47wt%, 12.16wt% of CaO, 7.71wt% of Fe 2 O 3, al 2 O 3 and 11.21wt%, MnO and 0.09 wt%, MgO and 11.1 wt%, the TiO 2 0.65wt%, 0.044wt% of
また、本例では、原炭の塩基度は0.738程度である。石炭ガス化炉を、部分酸化部石炭650kg/h、酸素300Nm3/h、水蒸気65kg/h、改質部石炭量200kg/hを投入し、圧力2.5MPaG、温度1550℃で運転を行ったところ、ガス発生量は約1400Nm3/h、チャー70kg/hとなった。このような原炭を使用した際のスラグの発生量は、35kg/h程度、そのほとんどが径が0.5以下の円柱状の繊維状スラグであった。
また、上述したように調製剤を添加することにより、1.7wt%であった原炭の灰分量を8wt%にまで増やすようにしたので、ガス化炉3の内壁にて十分なスラグコーティングSを得ることができ、酸素ガスの供給量を増やすことなく、ガス化炉3の温度を一定に維持することが確認できた。
In this example, the basicity of the raw coal is about 0.738. The coal gasification furnace was operated at a pressure of 2.5 MPaG and a temperature of 1550 ° C. by charging partially oxidized coal 650 kg / h, oxygen 300 Nm 3 / h, steam 65 kg / h, and reforming coal quantity 200 kg / h. However, the gas generation amount was about 1400 Nm 3 / h and char 70 kg / h. The amount of slag generated when such raw coal was used was about 35 kg / h, most of which was cylindrical fibrous slag having a diameter of 0.5 or less.
Further, as described above, by adding the preparation agent, the ash content of the raw coal, which was 1.7 wt%, is increased to 8 wt%, so that sufficient slag coating S is formed on the inner wall of the
以上詳細に説明したように本発明の本実施形態に係る石炭ガス化方法によれば、原材料となる石炭の灰分量が2〜19wt%、好ましくは6〜10wt%となるように調製剤を添加したので、灰分が不足する低灰分炭を原炭として使用してガス化した場合であっても、ガス化炉3内のスラグコーティングSが適正量に維持され、該スラグコーティングSの不足又は過剰から生じる炉内の温度低下を防止することができる。すなわち、本発明の本実施形態に係る石炭ガス化方法によれば、石炭の灰分量が2〜19wt%(好ましくは6〜10wt%)となるように調製剤を添加するという簡易な方式により、灰分が不足する低灰分炭を原炭としてガス化する場合にも、炉内において最適なスラグコーティングSを行うことで、ガス化炉内の温度を好適に維持することができ、効率良い石炭ガス化装置の運転を行うことができる。
As described above in detail, according to the coal gasification method according to the present embodiment of the present invention, the preparation agent is added so that the ash content of the raw material coal is 2 to 19 wt%, preferably 6 to 10 wt%. Therefore, even when low ash coal with insufficient ash content is used as raw coal for gasification, the slag coating S in the
なお、上記実施形態では、石炭の灰分量が2〜19wt%となるように調製剤を添加しているものであるが、これに加えて、繊維状スラグの発生割合を低く抑えるために、スラグの塩基度を上昇させる成分調整を行っても良い。 In addition, in the said embodiment, although the preparation agent is added so that the amount of ash of coal may be 2-19 wt%, in addition to this, in order to keep the generation rate of fibrous slag low, it is slag. Component adjustment to increase the basicity of may be performed.
また、上記実施形態では、ガス化炉3及び改質炉からなる二室二段炉を使用したが、これに限定されず、例えば1つの炉において、ガス化ガスを生成と、水素化熱分解とを共に行うガス化炉を有する石炭ガス化装置などにおいて、最適なスラグコーティングを行うために、石炭の灰分量が2〜19wt%となるように調製剤を添加するようにしても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the two-chamber two-stage furnace which consists of the
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
本発明は、石炭を部分酸化してガス化するガス化炉を有する石炭ガス化装置における石炭ガス化方法に関する。 The present invention relates to a coal gasification method in a coal gasification apparatus having a gasification furnace for partially oxidizing and gasifying coal.
3 ガス化炉
100 石炭ガス化装置
S スラグコーティング
3
Claims (3)
前記石炭の灰分量が2〜19wt%となるように、前記石炭の原材料となる原炭に調製剤を添加することを特徴とする石炭ガス化方法。 A coal gasification method in a coal gasifier having a gasification furnace for partially oxidizing and gasifying coal,
A coal gasification method, wherein a preparation agent is added to raw coal as a raw material of the coal so that an ash content of the coal is 2 to 19 wt%.
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