JP2012251169A - Gasification furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス化炉に関するものであり、特に、石炭等の固形炭化水素燃料から一酸化炭素、水素、メタンなどの燃料ガスを製造する石炭ガス化プロセスに用いられるガス化炉に関するものである。 The present invention relates to a gasification furnace, and more particularly to a gasification furnace used in a coal gasification process for producing a fuel gas such as carbon monoxide, hydrogen, methane from a solid hydrocarbon fuel such as coal. .
石炭ガス化に用いられるプロセスとして、二段ガス化法がある。この二段ガス化法に関して、例えば特許文献1(以下、先行発明と言うことがある。)にこのプロセスに用いられる二段ガス化炉が開示されている。 As a process used for coal gasification, there is a two-stage gasification method. Regarding this two-stage gasification method, for example, Patent Document 1 (hereinafter sometimes referred to as a prior invention) discloses a two-stage gasification furnace used in this process.
図1は、このような二段ガス化炉の一例を示すものである。この二段ガス化炉1は、図1(a)に示すように、炉本体2と、この炉本体2の上部に設けられた上部バーナ群3と、炉本体2の下部に設けられた下部バーナ群4とから概略構成されている。
炉本体2は、ほぼ一定の断面積を有する円筒状となっており、その頂部には炉本体2内で生成した一酸化炭素、水素、メタンなどの製品ガスを導出するガス出口5が開口している。このガス出口5の直径(Dout)は、炉本体2の直径(D)よりも小さくされ、後段の機器に接続されるようになっている。
FIG. 1 shows an example of such a two-stage gasifier. As shown in FIG. 1A, the two-
The furnace
炉本体2に下部の内面には、円環状のスラグスタック6が取り付けられており、このスラグスタック6の中心開口部は、溶融スラグが流下する溶融スラグ出口7となっている。
この溶融スラグ出口7の直径も炉本体2の直径よりも小さくされ、この溶融スラグ出口7からの放熱を少なくするように構成されている。
An
The diameter of the
上部バーナ群3は、炉本体2の上部に配置され、図1(b)に示すように4本のバーナ31、32、33、34がそれぞれ炉本体2の周壁に均等に配されて取り付けられている。これらバーナ31・・・は、それぞれの噴射口が炉本体2の中心軸に向けられておらず、図示のように、中心軸よりも外側に向けられており、それぞれの噴射口から噴射される燃焼ガスが炉本体2の円周方向に流れ、炉本体2内で旋回流を形成するようになっている。
The
この上部バーナ群3により形成される旋回流の仮想的な円の直径は「仮想旋回流円径」と呼ばれ、これの直径を以下、Duと呼ぶ。
なお、本発明での「仮想旋回流円径」とは、現実のガスの流れによる旋回流についてのものではなく、各バーナ31、32・・のノズルの噴射方向軸を延長した4本の仮想線に内接する円の直径を言うものと定義する。これにより、「仮想旋回流円径」を定めることにより、各バーナ31、32・・の配置が定まることになる。
The diameter of the virtual circle of the swirl flow formed by the
In the present invention, the “virtual swirl flow circle diameter” does not refer to a swirl flow caused by an actual gas flow, but four virtual lines in which the nozzles of the
上部バーナ群3を構成する個々のバーナには、石炭などの固形炭化水素燃料の微粉末と空気、酸素ガスなどの酸素含有気体からなる酸化剤が供給され、これがそれぞれの噴射口から噴射されるようになっている。以下、酸化剤と固形炭化水素燃料との混合比(酸化剤供給量/固形炭化水素燃料供給量:重量比)を酸化剤量比とする。
The individual burners constituting the
下部バーナ群4は、炉本体2の下部のスラグスタック6の上方に配置され、図1(c)に示すように4本のバーナ41、42、43、44がそれぞれ炉本体2の周壁に均等に配されて取り付けられている。これらバーナ41・・・も、それぞれの噴射口が炉本体2の中心軸に向けられておらず、図示のように、中心軸よりも外側に向けられており、それぞれの噴射口から噴射される燃焼ガスが同様にして炉本体2内で旋回流を形成するようになっている。
この下部バーナ群4により形成される旋回流の仮想的な円の直径は、やはり「仮想旋回流円径」と呼ばれ、この直径を以下、Dlと呼ぶ。ここでの「仮想旋回流円径」の定義は、上部バーナ群3におけるものと同様である。
The
The diameter of the virtual circle of the swirl flow formed by the
下部バーナ群4を構成する個々のバーナには、上部バーナ群3と同様に、固形炭化水素燃料の微粉末と空気、酸素ガスなどの酸素含有気体からなる酸化剤が供給され、これがそれぞれの噴射口から噴射されるようになっている。
そして、上部バーナ群3による仮想旋回流円径Duが下部バーナ群4による仮想旋回流円径Dlよりも大きくなるように、かつ下部バーナ群4による仮想旋回流円径Dlがガス出口5の直径Doutよりも大きくなるように構成されている(Du>Dl>Dout)。
As with the
The virtual swirl flow circle diameter Du by the
また、炉本体2のスラグスタック6の下方には、溶融スラグ冷却室8が設けられている。この溶融スラグ冷却室8は、炉本体2と一体に連続して形成され炉本体2とほぼ同径の円筒状となっており、溶融スラグ出口7から落下した溶融スラグを冷却し、固化するようになっている。
A molten slag cooling chamber 8 is provided below the
このように構成された二段ガス化炉1では、上部バーナ群3での酸化剤量比を低くし、下部バーナ群4での酸化剤量比を高くして、燃焼させることにより燃焼ガスの旋回流が形成されると同時に、図2に示すような炉本体2内での温度分布が形成され、上部領域では固形炭化水素燃料中の灰分が溶融しない温度で、下部領域では灰分が溶融する温度で運転される。
In the two-
これにより、上部バーナ群3付近の領域では、高温の旋回流内での化学反応により、水素、一酸化炭素、メタンなどのガスが生成し、上部のガス出口5から高温の製品ガスとして導出される。この製品ガスの温度は、固形炭化水素燃料中の灰分の溶融温度よりも低い温度となっている。
一方、下部バーナ群4付近の領域では二酸化炭素、水分などのガスが生成し、このガスは上部バーナ群3の領域に上昇し、ここでの反応に供される。また、固形炭化水素燃料中の灰分は、上部バーナ群3で生成して降下する灰分とともに溶融し、この溶融した灰分は溶融スラグとして、旋回流に乗って炉本体2の壁面に付着し、ここを伝わって下部の溶融スラグ出口7から流下し、溶融スラグ冷却室8に排出される。
Thereby, in a region near the
On the other hand, in the area near the
そして、上記先行発明では、炉本体2の直径(D)をガス出口5の直径(Dout)よりも大きく、Dout/Dを0.2〜0.35程度とし、かつ上部バーナ群3による仮想旋回流円径Duが下部バーナ群4による仮想旋回流円径Dlよりも大きくなるように、かつ下部バーナ群4による仮想旋回流円径Dlがガス出口5の直径Doutよりも大きく(Du>Dl>Dout)することで、ガス化効率の向上が可能であるとされている。
And in the said prior invention, the diameter (D) of the furnace
ところで、この先行発明におけるガス炉の運転条件等を保ちつつ、ガス化炉をスケールアップ(処理能力増強)する場合、炉本体2自体の寸法の増大を最小限に抑えることが、設備費低減、熱損失量低減などの観点から重要となる。
このため、炉本体2の直径を増大する際にも、その増大量をできるだけ小さくする必要がある。炉本体2の直径の増大を抑えつつ、処理能力を高める方策として、炉本体2内でのガス流速を高める方法がある。
By the way, when the gasification furnace is scaled up (increasing the processing capacity) while maintaining the operating conditions of the gas furnace in this prior invention, minimizing the increase in the dimensions of the
For this reason, when the diameter of the
しかしながら、炉本体2内でのガス流速を高めると、溶融スラグの一部がガス出口5から製品ガスに同伴されて飛散し、この溶融スラグが後段の熱回収ボイラなどの機器内壁に付着し、種々の不具合を発生するファウリング障害を起こすことが判明した。
図3は、このファウリング障害について説明するためのもので、炉本体2内でのガスの流れを示す模式図で、図1と同一構成部分には同一符号を付してある。
However, when the gas flow rate in the
FIG. 3 is a diagram for explaining the fouling failure, and is a schematic diagram showing a gas flow in the furnace
ガス化炉の運転に伴い、溶融スラグは炉本体2の炉壁を伝わって溶融スラグ出口7からスラグ冷却室8に落下する。一方、ガスの流れとして、炉壁側には旋回しながら下降する旋回下降流20が存在する。この旋回下降流の一部は溶融スラグ出口7を通してスラグ冷却室8に流れ込み、ここで反転して再び溶融スラグ出口7を通過して炉本体2内に戻る溶融スラグ出口反転流21を形成する。
炉本体2の中心部のガスの流れは基本的に上昇流22である。この時、溶融スラグ出口7を流下する溶融スラグ13の一部が上記反転流21に吹き千切られ、炉本体2に再び運ばれる現象が起こる。
With the operation of the gasification furnace, the molten slag travels along the furnace wall of the
The gas flow in the center of the
さらに、吹き千切られた溶融スラグは、上記上昇流22に乗り飛散スラグとして炉本体2のガス出口5に向って飛散する場合がある。こうして、溶融スラグはガス出口5の後段に設置された熱回収ボイラなどの機器の内壁に付着し、ファウリング障害を起こす。
かくして、炉本体2内のガス流速を速くすることはファウリング障害の原因となる溶融スラグの飛散を増長するのである。
Furthermore, the blown-off molten slag rides on the
Thus, increasing the gas flow rate in the
よって、本発明における課題は、二段ガス化炉のスケールアップを図る目的を前提とし、炉本体の直径の増大を最小限に抑えつつかかる目的達成のため、炉本体内での平均ガス流速を大きくした際、炉本体のガス出口から溶融スラグが飛散し、ファウリング障害を起こすことがないようにすることにある。 Therefore, the object of the present invention is based on the premise of scaling up the two-stage gasification furnace, and in order to achieve this object while minimizing the increase in the diameter of the furnace body, the average gas flow rate in the furnace body is set. When the size is increased, molten slag is scattered from the gas outlet of the furnace body to prevent fouling failure.
かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との反応によりガスを生成する円筒状の炉本体と、この炉本体の上部に配され、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との混合流体を炉本体内に噴射する上部バーナ群と、炉本体の下部に配され、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との混合流体を炉本体内に噴射する下部バーナ群を備え、
炉本体の上端部には、製品ガスが排出されるガス出口が形成され、炉本体の下端部には溶融スラグが排出される溶融スラグ出口が形成され、
ガス出口の直径(Dout)と炉本体の直径(D)との比率Dout/Dを1>Dout/D≧0.4とするとともに、
上部バーナ群の各バーナによって形成される仮想的な旋回流の直径(Du)と炉本体の直径(D)との比率Du/Dを0.9>Du/Dとすることを特徴とするガス化炉である。
請求項1にかかるガス化炉は、上記比率Dout/Dが1>Dout/D≧0.4の関係を満たすとともに、上記比率Du/Dが0.9>Du/Dの関係を満たす構成となっているため、バーナ火炎が炉壁に直接当たって損傷をもたらすことを改善することができる。
To solve this problem,
According to the first aspect of the present invention, a cylindrical furnace body that generates gas by a reaction between a solid hydrocarbon fuel powder and an oxidant, and an upper part of the furnace body, the solid hydrocarbon fuel powder and the oxidant are provided. An upper burner group for injecting a mixed fluid into the furnace body, and a lower burner group disposed in the lower part of the furnace body and injecting a mixed fluid of solid hydrocarbon fuel powder and oxidant into the furnace body;
A gas outlet from which product gas is discharged is formed at the upper end of the furnace body, and a molten slag outlet from which molten slag is discharged is formed at the lower end of the furnace body,
The ratio Dout / D between the diameter (Dout) of the gas outlet and the diameter (D) of the furnace body is 1> Dout / D ≧ 0.4,
The ratio Du / D between the diameter (Du) of the virtual swirl flow formed by each burner of the upper burner group and the diameter (D) of the furnace body satisfies 0.9> Du / D It is a chemical reactor.
The gasification furnace according to
請求項2に係る発明は、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との反応によりガスを生成する円筒状の炉本体と、この炉本体の上部に配され、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との混合流体を炉本体内に噴射する上部バーナ群と、炉本体の下部に配され、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との混合流体を炉本体内に噴射する下部バーナ群を備え、
炉本体の上端部には、製品ガスが排出されるガス出口が形成され、炉本体の下端部には溶融スラグが排出される溶融スラグ出口が形成され、
ガス出口の直径(Dout)と炉本体の直径(D)との比率Dout/Dを1>Dout/D≧0.4とするとともに、
ガス出口の圧力損失(ΔPout)を炉内圧力(Pg)で徐した値(ΔPout/Pg)をファウリング障害の評価値として定義し、該評価値が所定の値以下であることを特徴とするガス化炉である。
請求項2にかかるガス化炉は、上記比率Dout/Dが1>Dout/D≧0.4の関係を満たすとともに、上記値(ΔPout/Pg)が所定の値以下となる構成となっているため、ファウリング障害の度合いを低減することができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a cylindrical furnace body that generates a gas by a reaction between a solid hydrocarbon fuel powder and an oxidant, and an upper part of the furnace body. An upper burner group for injecting a mixed fluid into the furnace body, and a lower burner group disposed in the lower part of the furnace body and injecting a mixed fluid of solid hydrocarbon fuel powder and oxidant into the furnace body;
A gas outlet from which product gas is discharged is formed at the upper end of the furnace body, and a molten slag outlet from which molten slag is discharged is formed at the lower end of the furnace body,
The ratio Dout / D between the diameter (Dout) of the gas outlet and the diameter (D) of the furnace body is 1> Dout / D ≧ 0.4,
A value (ΔPout / Pg) obtained by gradually reducing the pressure loss (ΔPout) at the gas outlet by the pressure in the furnace (Pg) is defined as an evaluation value of the fouling failure, and the evaluation value is equal to or less than a predetermined value. It is a gasification furnace.
The gasification furnace according to
請求項3に係る発明は、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との反応によりガスを生成する円筒状の炉本体と、この炉本体の上部に配され、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との混合流体を炉本体内に噴射する上部バーナ群と、炉本体の下部に配され、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との混合流体を炉本体内に噴射する下部バーナ群を備え、
炉本体の上端部には、製品ガスが排出されるガス出口が形成され、炉本体の下端部には溶融スラグが排出される溶融スラグ出口が形成され、
ガス出口の直径(Dout)と炉本体の直径(D)との比率Dout/Dを1>Dout/D≧0.4とするとともに、
ガス出口の圧力損失(ΔPout)を炉内圧力(Pg)で徐した値である、年間の差圧上昇の積算値(ΔPout/Pg)が炉内圧力の1%以下となる炉本体ガス平均速度であることを特徴とするガス化炉。
請求項3にかかるガス化炉は、上記比率Dout/Dが1>Dout/D≧0.4の関係を満たすとともに、上記年間の差圧上昇の積算値(ΔPout/Pg)が炉内圧力の1%以下となる炉本体ガス平均速度であるため、年間を通してファウリング障害の度合いを低減することができる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a cylindrical furnace body that generates a gas by a reaction between a solid hydrocarbon fuel powder and an oxidant, and an upper part of the furnace body. An upper burner group for injecting a mixed fluid into the furnace body, and a lower burner group disposed in the lower part of the furnace body and injecting a mixed fluid of solid hydrocarbon fuel powder and oxidant into the furnace body;
A gas outlet from which product gas is discharged is formed at the upper end of the furnace body, and a molten slag outlet from which molten slag is discharged is formed at the lower end of the furnace body,
The ratio Dout / D between the diameter (Dout) of the gas outlet and the diameter (D) of the furnace body is 1> Dout / D ≧ 0.4,
Furnace body gas average speed at which the integrated value (ΔPout / Pg) of the annual differential pressure rise is 1% or less of the furnace pressure, which is a value obtained by gradually reducing the pressure loss (ΔPout) at the gas outlet by the furnace pressure (Pg) The gasification furnace characterized by being.
In the gasification furnace according to
請求項4に係る発明は、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との反応によりガスを生成する円筒状の炉本体と、この炉本体の上部に配され、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との混合流体を炉本体内に噴射する上部バーナ群と、炉本体の下部に配され、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との混合流体を炉本体内に噴射する下部バーナ群を備え、
炉本体の上端部には、製品ガスが排出されるガス出口が形成され、炉本体の下端部には溶融スラグが排出される溶融スラグ出口が形成され、
ガス出口の直径(Dout)と炉本体の直径(D)との比率Dout/Dを1>Dout/D≧0.4とするとともに、
上部バーナ群の各バーナによって形成される仮想的な旋回流の直径(Du)と炉本体の直径(D)との比率Du/Dを0.9>Du/Dとし、ガス出口の圧力損失(ΔPout)を炉内圧力(Pg)で徐した値をファウリング障害の評価値として定義し、該評価値である、年間の差圧上昇の積算値(ΔPout/Pg)が炉内圧力の1%以下となる炉本体ガス平均速度であることを特徴とするガス化炉。
請求項4にかかるガス化炉は、上記比率Dout/Dが1>Dout/D≧0.4の関係を満たし、上記比率Du/Dが0.9>Du/Dの関係を満たすとともに、上記年間の差圧上昇の積算値(ΔPout/Pg)が炉内圧力の1%以下となる炉本体ガス平均速度であるため、年間を通してファウリング障害の度合いを低減することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a cylindrical furnace body that generates a gas by a reaction between a solid hydrocarbon fuel powder and an oxidant, and an upper part of the furnace body. An upper burner group for injecting a mixed fluid into the furnace body, and a lower burner group disposed in the lower part of the furnace body and injecting a mixed fluid of solid hydrocarbon fuel powder and oxidant into the furnace body;
A gas outlet from which product gas is discharged is formed at the upper end of the furnace body, and a molten slag outlet from which molten slag is discharged is formed at the lower end of the furnace body,
The ratio Dout / D between the diameter (Dout) of the gas outlet and the diameter (D) of the furnace body is 1> Dout / D ≧ 0.4,
The ratio Du / D between the diameter (Du) of the virtual swirl flow formed by each burner of the upper burner group and the diameter (D) of the furnace body is 0.9> Du / D, and the pressure loss at the gas outlet ( A value obtained by gradually reducing ΔPout) by the furnace pressure (Pg) is defined as an evaluation value of the fouling failure, and the integrated value (ΔPout / Pg) of the yearly differential pressure increase is 1% of the furnace pressure. A gasification furnace characterized by having an average gas velocity of a furnace main body as follows.
In the gasification furnace according to
請求項5に係る発明は、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との反応によりガスを生成する円筒状の炉本体と、この炉本体の上部に配され、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との混合流体を炉本体内に噴射する上部バーナ群と、炉本体の下部に配され、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との混合流体を炉本体内に噴射する下部バーナ群を備え、
炉本体の上端部には、製品ガスが排出されるガス出口が形成され、炉本体の下端部には溶融スラグが排出される溶融スラグ出口が形成され、
ガス出口の直径(Dout)と炉本体の直径(D)との比率Dout/Dを1>Dout/D≧0.4とするとともに、
前記炉本体のガス平均速度をいずれの値に設定した場合であっても、ガス出口の圧力損失(ΔPout)を炉内圧力(Pg)で徐した値である、年間の差圧上昇の積算値(ΔPout/Pg)が炉内圧力の1%以下であることを特徴とするガス化炉。
請求項5にかかるガス化炉は、上記比率Dout/Dが1>Dout/D≧0.4の関係を満たすとともに、炉本体のガス平均速度をいずれの値に設定された場合であっても、上記年間の差圧上昇の積算値(ΔPout/Pg)が炉内圧力の1%以下となる構成となっているため、炉本体内でのガス流速を大きくした場合であっても、炉本体のガス出口から溶融スラグが飛散し、ファウリング障害を起こすことがないようにすることができる。これにより、炉本体の直径の増大を最小限に抑えつつ、二段ガス化炉のスケールアップを図ることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a cylindrical furnace body that generates a gas by a reaction between a solid hydrocarbon fuel powder and an oxidant, and an upper part of the furnace body. An upper burner group for injecting a mixed fluid into the furnace body, and a lower burner group disposed in the lower part of the furnace body and injecting a mixed fluid of solid hydrocarbon fuel powder and oxidant into the furnace body;
A gas outlet from which product gas is discharged is formed at the upper end of the furnace body, and a molten slag outlet from which molten slag is discharged is formed at the lower end of the furnace body,
The ratio Dout / D between the diameter (Dout) of the gas outlet and the diameter (D) of the furnace body is 1> Dout / D ≧ 0.4,
Even if the average gas velocity of the furnace body is set to any value, the integrated value of the annual differential pressure increase, which is a value obtained by gradually reducing the pressure loss (ΔPout) at the gas outlet by the pressure in the furnace (Pg) A gasification furnace characterized in that (ΔPout / Pg) is 1% or less of the pressure in the furnace.
In the gasification furnace according to
請求項6に係る発明は、上部バーナ群および下部バーナ群は、いずれも3以上のバーナから構成され、これらバーナは炉本体の周壁に配置され、
上部バーナ群の各バーナによって形成される仮想的な旋回流の直径をDuとし、
下部バーナ群の各バーナによって形成される仮想的な旋回流の直径をDlとした時、
0.9>Du/D≧Dout/D>Dl/Dとなるように両バーナ群を配置したことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のガス化炉。
請求項6にかかるガス化炉は、両バーナ群が上記D>Du≧Dout>Dlの関係を満たすため、上部バーナ群から噴出した固形炭化水素燃料粉末の一部が直接ガス出口に向かって流れることがなく、ガス化効率が低下することがない。したがって、請求項1〜5に係るガス化炉の有する上記効果をより高めることができる。
In the invention according to
The diameter of the virtual swirl flow formed by each burner of the upper burner group is Du,
When the diameter of the virtual swirl flow formed by each burner of the lower burner group is D1,
6. The gasifier according to
In the gasification furnace according to
本発明によれば、ガス出口の直径(Dout)と炉本体の直径(D)との比率を1>Dout/D≧0.4とすることで、炉本体での平均ガス流速を大きくして、炉自体の処理能力を高めても、炉本体のガス出口から溶融スラグの一部が飛散してファウリング障害を生じることがない。 According to the present invention, the ratio of the gas outlet diameter (Dout) to the furnace body diameter (D) is 1> Dout / D ≧ 0.4, thereby increasing the average gas flow velocity in the furnace body. Even if the processing capacity of the furnace itself is increased, a part of the molten slag does not scatter from the gas outlet of the furnace body to cause a fouling failure.
また、上部バーナ群により形成される旋回流の直径をDuとし、下部バーナ群により形成される旋回流の直径をDlとした時、D>Du≧Dout>Dlとなるように両バーナ群を配置したことにより、上部バーナ群から噴出した固形炭化水素燃料粉末の一部が直接ガス出口に向かって流れることがなく、ガス化効率が低下することもない。 Further, when the diameter of the swirl flow formed by the upper burner group is Du and the diameter of the swirl flow formed by the lower burner group is D1, both burner groups are arranged so that D> Du ≧ Dout> Dl. As a result, part of the solid hydrocarbon fuel powder ejected from the upper burner group does not flow directly toward the gas outlet, and the gasification efficiency does not decrease.
以下、図1を利用して本発明を説明する。
本発明者の検討によれば、溶融スラグのガス出口5からの飛散は、ガス化炉中心部の上昇流速度に依存し、この速度は、ガス出口5の直径の影響を強く受けることがわかった。
この知見に基づいて、ガス出口5の直径とファウリングの関係についてさらに検討を行い、その結果を表1に示す。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIG.
According to the study by the present inventor, it is found that the scattering of molten slag from the
Based on this finding, the relationship between the diameter of the
ファウリング障害の度合は、ガス出口5における圧力損失(図3でのΔPout)の時間経過による増加割合ΔPout/Δt(kPa/h)で評価した。
炉本体2内のガス平均速度(Ugas)は、単位時間当たりの生成ガス量を炉本体2の断面積で割った値で、試験No=1での値を1とした相対値で示している。
なお、表1の検討例は、固形炭化水素燃料の処理能力が50〜150トン/日で、炉内圧力が2.5〜3.0MPaの規模のガス化炉におけるものである。
The degree of fouling failure was evaluated by the rate of increase ΔPout / Δt (kPa / h) of the pressure loss at the gas outlet 5 (ΔPout in FIG. 3) over time.
The average gas velocity (Ugas) in the furnace
In addition, the examination example of Table 1 is in a gasification furnace having a processing capacity of solid hydrocarbon fuel of 50 to 150 tons / day and a furnace pressure of 2.5 to 3.0 MPa.
表1での「従来法」とは、上述の特許文献1に開示された先行発明によるものである。
従来法の〔試験1〕は、ガス出口径/炉本体直径(Dout/D)が小さいため、炉本体2の中心部でのガスの上昇速度が速く、溶融スラグの飛散量が多くなってΔPout/Δt=0.166kPa/hとなり、ガス出口5での溶融スラグの付着と成長が認められた。
同じく、従来法の〔試験2〕では、Dout/Dを〔試験1〕より大きくした結果、ΔPout/Δtは小さくなり、溶融スラグの飛散防止に有効であった。
The “conventional method” in Table 1 is based on the prior invention disclosed in
[Test 1] of the conventional method has a small gas outlet diameter / furnace body diameter (Dout / D), so the gas rising speed at the center of the
Similarly, in [Test 2] of the conventional method, as a result of increasing Dout / D from [Test 1], [Delta] Pout / [Delta] t was reduced, which was effective in preventing the molten slag from scattering.
本発明の〔試験3〕は、ガス平均速度Ugasを従来法より1.43倍に大きくしたケースであるが、ΔPout/Δtは一層小さくなった。これはDout/Dを従来法試験No.2より更に大きくした効果によりスラグ飛散が飛躍的に抑制されたためである。
〔試験4〕は、〔試験3〕より更にガス平均速度Ugasを大きくしたが、ΔPout/Δtは同程度であった。
以上により、ガス平均速度Ugasを従来法の2倍に増やしても、Dout/Dをある程度大きくすることにより、ファウリング障害が防止できることを見出した。
表1より、適切なDout/Dは0.4以上となる。
[Test 3] of the present invention is a case where the gas average velocity Ugas is increased 1.43 times that of the conventional method, but ΔPout / Δt is further reduced. This is because Dout / D is a conventional test No. This is because the slag scattering is remarkably suppressed by the effect larger than 2.
In [Test 4], the average gas velocity Ugas was increased more than in [Test 3], but ΔPout / Δt was comparable.
From the above, it was found that fouling failure can be prevented by increasing Dout / D to some extent even if the gas average velocity Ugas is increased to twice that of the conventional method.
From Table 1, the appropriate Dout / D is 0.4 or more.
一方、ガス出口径Doutは、炉本体2直径Dよりも大きくなることは装置構成上あり得ず、よってDout/Dは1未満となる。したがって、1>Dout/D≧0.4となり、実用上は、0.7≧Dout/D≧0.4が好ましくは、さらには0.6≧Dout/D≧0.5が最も好ましい値となる。
On the other hand, the gas outlet diameter Dout cannot be larger than the
図4に、ガス化炉の実用化を考慮して、年間8000時間の運転を行った場合の表1での圧力損失ΔPout/Δtの積算値とDout/Dとの関係を示した。図4のグラフにおいて、横軸にDout/Dを、縦軸に8000時間後のΔPout(ΔPout/Δt×8000)を炉内圧力Pgで除した値を取っている。
実用ガス化炉では、できるだけ運転障害がないことが必要であり、年間の差圧上昇程度(ΔPout/Pg)は、炉内圧力の1%以下が望ましい。よって、図4のグラフから、Dout/Dは、0.4以上となる。
FIG. 4 shows the relationship between the integrated value of pressure loss ΔPout / Δt and Dout / D in Table 1 when the operation is performed for 8000 hours per year in consideration of the practical use of the gasifier. In the graph of FIG. 4, Dout / D is taken on the horizontal axis, and ΔPout (ΔPout / Δt × 8000) after 8000 hours is taken on the vertical axis by the furnace pressure Pg.
In practical gasification furnaces, it is necessary that there be as few operational obstacles as possible, and the annual differential pressure increase (ΔPout / Pg) is preferably 1% or less of the pressure in the furnace. Therefore, from the graph of FIG. 4, Dout / D is 0.4 or more.
また、Doutの上限については、上部バーナ群2での仮想旋回流円径Duを超えないこと、即ちDu≧Doutがよい。これを超えると、生成ガス出口側バーナから噴出した固形炭化水素燃料粉末が直接生成ガス出口に向って流れるようになり、ガス化率の低下を招くからである。
したがって、D>Du≧Dout>Dlという関係が好適である。この関係は、すなわち、1>Du/D≧Dout/D>Dl/Dとなる。Du/Dは、図1に示したように上部バーナ群3の配置位置によって定まる。この比が1に近いとバーナ火炎が炉壁に直接当たり損傷をもたらす。この点を考慮すると0.9>Du/Dとなる。
As for the upper limit of Dout, it is preferable not to exceed the virtual swirl flow circle diameter Du in the
Therefore, the relationship D> Du ≧ Dout> Dl is preferable. This relationship is 1> Du / D ≧ Dout / D> Dl / D. Du / D is determined by the arrangement position of the
以上の結果、従来法(前記先行発明)ではDl>Doutであった下部バーナ群3での仮想旋回流円径は、本発明では逆にDout>Dlが優れることとなった。
そして、D>Du≧Dout>Dlという関係が満たされるように、上部バーナ群3と下部バーナ群4とのそれぞれのバーナ31、32・・、41、42・・の配置を設定することが好適である。
As a result, the virtual swirl flow circle diameter in the
And it is preferable to set the arrangement of the
このような構成を採用することにより、炉本体2内でのガス速度を2倍に増大してもスラグ飛散が抑制できる。表1に示したように、これにより、炉本体2の直径Dは従来法に記載の条件を満たしてスケールアップしたものの少なくとも1/√2≒0.7に縮小でき、コンパクト化に役立つ。すなわち、表1から、ガス平均流速Ugasを従来のものの少なくとも2倍とすることができ、ガス平均流速Ugasは、生成ガス量を炉本体2の断面積で除したもの、換言すれば、炉本体2直径の二乗で除したものに相当するから、1/√2となるのである。
例えば、500MW用発電設備に用いるガス化炉の直径は従来法では5mだったものが、本発明法では約3.5mにでき、設備費及び炉壁からの伝熱損失が低減できる。
By adopting such a configuration, slag scattering can be suppressed even if the gas velocity in the
For example, the diameter of a gasification furnace used for a 500 MW power generation facility is 5 m in the conventional method, but can be reduced to about 3.5 m in the method of the present invention, thereby reducing facility costs and heat transfer loss from the furnace wall.
なお、以上の説明において、各バーナ群3、4を構成するバーナは、4本の例を示したが、これに限定されず、2本以上であればよい。
また、本発明での固形炭化水素燃料としては、石炭以外にオイルコークスなどの灰分となる無機物を含む固形炭化水素燃料が用いられ、さらには灰分となる無機物を添加したプラスチックなども使用できる。
さらに、酸化剤には、空気、純酸素ガス、酸素含有ガス、水、水蒸気などが用いられる。
In the above description, four examples of the burners constituting each of the
Further, as the solid hydrocarbon fuel in the present invention, a solid hydrocarbon fuel containing an inorganic substance that becomes ash such as oil coke in addition to coal is used, and further, a plastic to which an inorganic substance that becomes ash is added can be used.
Furthermore, air, pure oxygen gas, oxygen-containing gas, water, water vapor or the like is used as the oxidant.
1…二段ガス化炉、2…炉本体、3…上部バーナ群、4…下部バーナ群、5…ガス出口、7…溶融スラグ出口、8…溶融スラグ冷却室、20…旋回下降流、21…溶融スラグ出口反転流、22…上昇流
DESCRIPTION OF
Claims (6)
炉本体の上端部には、製品ガスが排出されるガス出口が形成され、炉本体の下端部には溶融スラグが排出される溶融スラグ出口が形成され、
ガス出口の直径(Dout)と炉本体の直径(D)との比率Dout/Dを1>Dout/D≧0.4とするとともに、
上部バーナ群の各バーナによって形成される仮想的な旋回流の直径(Du)と炉本体の直径(D)との比率Du/Dを0.9>Du/Dとすることを特徴とするガス化炉。 A cylindrical furnace body that generates gas by the reaction of the solid hydrocarbon fuel powder and the oxidant, and a fluid mixture of the solid hydrocarbon fuel powder and the oxidant that is disposed in the upper part of the furnace body is injected into the furnace body. An upper burner group, and a lower burner group disposed in the lower part of the furnace body and injecting a mixed fluid of solid hydrocarbon fuel powder and oxidant into the furnace body,
A gas outlet from which product gas is discharged is formed at the upper end of the furnace body, and a molten slag outlet from which molten slag is discharged is formed at the lower end of the furnace body,
The ratio Dout / D between the diameter (Dout) of the gas outlet and the diameter (D) of the furnace body is 1> Dout / D ≧ 0.4,
The ratio Du / D between the diameter (Du) of the virtual swirl flow formed by each burner of the upper burner group and the diameter (D) of the furnace body satisfies 0.9> Du / D Chemical reactor.
炉本体の上端部には、製品ガスが排出されるガス出口が形成され、炉本体の下端部には溶融スラグが排出される溶融スラグ出口が形成され、
ガス出口の直径(Dout)と炉本体の直径(D)との比率Dout/Dを1>Dout/D≧0.4とするとともに、
ガス出口の圧力損失(ΔPout)を炉内圧力(Pg)で徐した値(ΔPout/Pg)をファウリング障害の評価値として定義し、該評価値が所定の値以下であることを特徴とするガス化炉。 A cylindrical furnace body that generates gas by the reaction of the solid hydrocarbon fuel powder and the oxidant, and a fluid mixture of the solid hydrocarbon fuel powder and the oxidant that is disposed in the upper part of the furnace body is injected into the furnace body. An upper burner group, and a lower burner group disposed in the lower part of the furnace body and injecting a mixed fluid of solid hydrocarbon fuel powder and oxidant into the furnace body,
A gas outlet from which product gas is discharged is formed at the upper end of the furnace body, and a molten slag outlet from which molten slag is discharged is formed at the lower end of the furnace body,
The ratio Dout / D between the diameter (Dout) of the gas outlet and the diameter (D) of the furnace body is 1> Dout / D ≧ 0.4,
A value (ΔPout / Pg) obtained by gradually reducing the pressure loss (ΔPout) at the gas outlet by the pressure in the furnace (Pg) is defined as an evaluation value of the fouling failure, and the evaluation value is equal to or less than a predetermined value. Gasification furnace.
炉本体の上端部には、製品ガスが排出されるガス出口が形成され、炉本体の下端部には溶融スラグが排出される溶融スラグ出口が形成され、
ガス出口の直径(Dout)と炉本体の直径(D)との比率Dout/Dを1>Dout/D≧0.4とするとともに、
ガス出口の圧力損失(ΔPout)を炉内圧力(Pg)で徐した値である、年間の差圧上昇の積算値(ΔPout/Pg)が炉内圧力の1%以下となる炉本体ガス平均速度であることを特徴とするガス化炉。 A cylindrical furnace body that generates gas by the reaction of the solid hydrocarbon fuel powder and the oxidant, and a fluid mixture of the solid hydrocarbon fuel powder and the oxidant that is disposed in the upper part of the furnace body is injected into the furnace body. An upper burner group, and a lower burner group disposed in the lower part of the furnace body and injecting a mixed fluid of solid hydrocarbon fuel powder and oxidant into the furnace body,
A gas outlet from which product gas is discharged is formed at the upper end of the furnace body, and a molten slag outlet from which molten slag is discharged is formed at the lower end of the furnace body,
The ratio Dout / D between the diameter (Dout) of the gas outlet and the diameter (D) of the furnace body is 1> Dout / D ≧ 0.4,
Furnace body gas average speed at which the integrated value (ΔPout / Pg) of the annual differential pressure rise is 1% or less of the furnace pressure, which is a value obtained by gradually reducing the pressure loss (ΔPout) at the gas outlet by the furnace pressure (Pg) The gasification furnace characterized by being.
炉本体の上端部には、製品ガスが排出されるガス出口が形成され、炉本体の下端部には溶融スラグが排出される溶融スラグ出口が形成され、
ガス出口の直径(Dout)と炉本体の直径(D)との比率Dout/Dを1>Dout/D≧0.4とするとともに、
上部バーナ群の各バーナによって形成される仮想的な旋回流の直径(Du)と炉本体の直径(D)との比率Du/Dを0.9>Du/Dとし、ガス出口の圧力損失(ΔPout)を炉内圧力(Pg)で徐した値をファウリング障害の評価値として定義し、該評価値である、年間の差圧上昇の積算値(ΔPout/Pg)が炉内圧力の1%以下となる炉本体ガス平均速度であることを特徴とするガス化炉。 A cylindrical furnace body that generates gas by the reaction of the solid hydrocarbon fuel powder and the oxidant, and a fluid mixture of the solid hydrocarbon fuel powder and the oxidant that is disposed in the upper part of the furnace body is injected into the furnace body. An upper burner group, and a lower burner group disposed in the lower part of the furnace body and injecting a mixed fluid of solid hydrocarbon fuel powder and oxidant into the furnace body,
A gas outlet from which product gas is discharged is formed at the upper end of the furnace body, and a molten slag outlet from which molten slag is discharged is formed at the lower end of the furnace body,
The ratio Dout / D between the diameter (Dout) of the gas outlet and the diameter (D) of the furnace body is 1> Dout / D ≧ 0.4,
The ratio Du / D between the diameter (Du) of the virtual swirl flow formed by each burner of the upper burner group and the diameter (D) of the furnace body is 0.9> Du / D, and the pressure loss at the gas outlet ( A value obtained by gradually reducing ΔPout) by the furnace pressure (Pg) is defined as an evaluation value of the fouling failure, and the integrated value (ΔPout / Pg) of the yearly differential pressure increase is 1% of the furnace pressure. A gasification furnace characterized by having an average gas velocity of a furnace main body as follows.
炉本体の上端部には、製品ガスが排出されるガス出口が形成され、炉本体の下端部には溶融スラグが排出される溶融スラグ出口が形成され、
ガス出口の直径(Dout)と炉本体の直径(D)との比率Dout/Dを1>Dout/D≧0.4とするとともに、
前記炉本体のガス平均速度をいずれの値に設定した場合であっても、ガス出口の圧力損失(ΔPout)を炉内圧力(Pg)で徐した値である、年間の差圧上昇の積算値(ΔPout/Pg)が炉内圧力の1%以下であることを特徴とするガス化炉。 A cylindrical furnace body that generates gas by the reaction of the solid hydrocarbon fuel powder and the oxidant, and a fluid mixture of the solid hydrocarbon fuel powder and the oxidant that is disposed in the upper part of the furnace body is injected into the furnace body. An upper burner group, and a lower burner group disposed in the lower part of the furnace body and injecting a mixed fluid of solid hydrocarbon fuel powder and oxidant into the furnace body,
A gas outlet from which product gas is discharged is formed at the upper end of the furnace body, and a molten slag outlet from which molten slag is discharged is formed at the lower end of the furnace body,
The ratio Dout / D between the diameter (Dout) of the gas outlet and the diameter (D) of the furnace body is 1> Dout / D ≧ 0.4,
Even if the average gas velocity of the furnace body is set to any value, the integrated value of the annual differential pressure increase, which is a value obtained by gradually reducing the pressure loss (ΔPout) at the gas outlet by the pressure in the furnace (Pg) A gasification furnace characterized in that (ΔPout / Pg) is 1% or less of the pressure in the furnace.
上部バーナ群の各バーナによって形成される仮想的な旋回流の直径をDuとし、
下部バーナ群の各バーナによって形成される仮想的な旋回流の直径をDlとした時、
0.9>Du/D≧Dout/D>Dl/Dとなるように両バーナ群を配置したことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のガス化炉。 The upper burner group and the lower burner group are each composed of three or more burners, and these burners are arranged on the peripheral wall of the furnace body,
The diameter of the virtual swirl flow formed by each burner of the upper burner group is Du,
When the diameter of the virtual swirl flow formed by each burner of the lower burner group is D1,
6. The gasifier according to claim 1, wherein both burner groups are arranged so that 0.9> Du / D ≧ Dout / D> Dl / D.
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