JP2566362B2

JP2566362B2 - 噴流床石炭ガス化炉

Info

Publication number: JP2566362B2
Application number: JP4315002A
Authority: JP
Inventors: 由則小林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1992-11-25
Filing date: 1992-11-25
Publication date: 1996-12-25
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: JPH06158063A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は事業用または産業用の石
炭ガス化装置に適用される噴流床石炭ガス化炉に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５（ａ）は従来の１段噴流床ガス化炉
を例示する縦断側面図、図５（ｂ）は同じく水平断面図
である。ガス化炉（１）の下部へバーナ（２）から石炭
と空気を投入し、高温の還元雰囲気場において石炭の燃
焼およびガス化反応を行わせて、可燃性ガス（ＣＯ，Ｈ
₂など）を製造する。

【０００３】石炭＋空気（Ｏ₂） → ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ（燃焼）石炭（→活性チャー）＋ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ＋Ｈ₂（ガス化）ガス化炉内では上記のガス化反応により可燃性ガスを生
成するとともに、石炭やチャー中の灰分を溶融させて、
符号（５ａ），（５ｂ）で示されるようなスラグ状と
し、炉底部に設けられたスラグホール（３）から下方へ
排出する。

【０００４】ガス化炉内で生成ガスとともに発生したチ
ャーは、図には示されていない後流側の装置によって回
収され、プラント効率を向上させるために再びガス化炉
内へ投入されることもある。また空気の代りに酸素など
の酸化剤が使用されることもある。ガス化炉内で燃焼中
の灰分を効率良く捕集すれば、チャーを回収・再循環す
る系統の容量を低減することができるので、バーナ
（２）からの噴流が炉内で旋回流を形成するようなバー
ナ配置・設計とし、遠心力により溶融スラグの捕集率を
向上させるものもある。

【０００５】次に図６（ａ）は従来の２段噴流床ガス化
炉の構造例を示す縦断側面図、図６（ｂ）は同じく水平
断面図である。ガス化炉内を、下部と上部すなわち、燃
焼場としてのコンバスター（１ａ）と、ガス化反応場と
してのリダクター（１ｂ）とに分け、下部のコンバスタ
ー（１ａ）に設けられたコンバスターバーナ（２ａ）か
らは石炭・チャーとともに比較的高い空気比で空気ある
いは酸素等を投入し、上部のリダクター（１ｂ）に設け
られたリダクターバーナ（２ｂ）からは石炭あるいはチ
ャーとともに主にその搬送媒体としての少量の空気また
は不活性ガス（以降ＧＩと記す）、ガス化炉生成ガスの
一部を再循環したガス（以降ＧＲと記す）等を投入す
る。この２段噴流床ガス化炉では、コンバスターバーナ
（２ａ）とリダクターバーナ（２ｂ）を合わせた全体の
空気比あるいは酸素比を一定としてガス化効率を高く保
ったままで、溶融スラグ（５ａ）が冷えて流れにくくな
るスラグホール（３）の部分のみを高温とするために、
リダクターバーナ（２ｂ）の空気比を下げコンバスター
バーナ（２ａ）の空気比のみを上げるような運転もでき
る。

【０００６】なお図５および図６において、符号（４
ａ）は燃料と酸化剤の噴流、（４ｂ）は燃料と搬送媒体
の噴流である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来の噴流床石
炭ガス化炉では次のような問題の生ずる可能性があっ
た。

【０００８】まず図６に示された２段噴流床ガス化炉に
おいては、コンバスター（１ａ）内は空気比が高いので
炉内は高温状態となり、炉壁に付着した浮遊スラグは溶
融状態のまま炉底のスラグホール（３）へ流下するが、
リダクター（１ｂ）内はリダクターバーナ（２ａ）から
投入される低空気比の石炭の還元・ガス化作用による吸
熱反応のために、ガス温度が急激に低下し、炉壁へ付着
する浮遊スラグは粘度の高い半溶融状態となって壁面に
固着する。

【０００９】図７はこのような従来の２段噴流床ガス化
炉における炉内スラグの付着状況と運転中の炉内ガス温
度分布の例を示したものである。図７（ｂ）に示された
ガス温度分布の中でＡの領域では、スラグは高温溶融液
状であって、炉壁面へ付着しても流下してしまうので、
ある厚さ以上に固着・成長することはない。またＣの領
域では、スラグは低温固体粒子となってガス中を浮遊し
ているため、炉壁面へ付着してもその付着力は極めて弱
く、ある厚さ以上になれば自重で落下するので、やはり
スラグが固着・成長することはない。

【００１０】しかしＢの温度領域では、スラグは高粘度
の半溶融状態なので、これが炉壁面へ付着すると、付着
力が極めて強く、大きな（厚い）スラグ塊として固着・
成長する。そして図７（ａ）に示されるように、リダク
ター（１ｂ）内の固着スラグ塊（６）として、ドラフト
損失の増加やガス化性能の低下をもたらし、場合によっ
ては炉を閉塞してしまう可能性がある。また、リダクタ
ーバーナ（２ｂ）からは石炭とともに搬送媒体として低
温の空気やＧＩ，ＧＲなどを吹き出しているから、上方
の壁面を流下した来た比較的粘度の高い流下スラグがリ
ダクターバーナ（２ｂ）の噴出口に垂れ下がったり、あ
るいはガス中の浮遊スラグがリダクターバーナ（２ｂ）
の噴出口周囲に付着したりして、図７（ａ）中に示され
る角状スラグ塊（７）を形成することもある。この場合
もガス化性能が低下するばかりでなく、リダクターバー
ナ（２ｂ）が閉塞する可能性もあり、いずれにしてもガ
ス化炉の連続運転に支障を来たす要因となる。

【００１１】一方、図５に示された１段噴流床ガス化炉
においては、２段噴流床のようなリダクターバーナは無
いが、前述のスラグが高粘度の半溶融状態となる領域は
必ず存在するから、炉内の固着スラグ塊（６）は同様に
発生することになる。また、炉上部に付着した高粘度の
半溶融スラグが、運転中のガス温度の変化などで、一時
に多量に流れ落ちた場合には、これが下方に位置するバ
ーナ（２）に覆い被さり、バーナ（２）が閉塞する可能
性もある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の課
題を解決するために、次のような噴流床石炭ガス化炉を
提案するものである。１）石炭を空気等の酸化剤とともに炉内に投入し、同
炉内で石炭から可燃性ガスを生成するとともに、石炭中
の灰分を溶融させてスラグ状とし、炉底部に設けられた
スラグホールから下方に排出する噴流床石炭ガス化炉に
おいて、筒状または逆錐台状のコンバスター部の上端に
同コンバスター上端よりも寸法の小さい筒状のリダクタ
ー部を接続し、その周囲のコンバスター天井部に複数の
バーナを下向きに配置したことを特徴とする噴流床石炭
ガス化炉。

【００１３】２）上記複数のバーナの噴射方向を上記
コンバスタの軸線を含む平面からずらしたことを特徴と
する上記１）項記載の噴流床石炭ガス化炉。３）上記バーナの位置よりも内側の上記コンバスター
天井部にガス化炉生成ガスの一部または不活性ガスを下
向きに投入する噴射口を設けたことを特徴とする上記
１）項または上記２）項記載の噴流床石炭ガス化炉。

【００１４】４）石炭を空気等の酸化剤とともに炉内
に投入し、同炉内で石炭から可燃性ガスを生成するとと
もに、石炭中の灰分を溶融させてスラグ状とし、炉底部
に設けられたスラグホールから下方に排出する噴流床石
炭ガス化炉において、筒状または逆錐台状のコンバスタ
ー部の上端に同コンバスター上端よりも寸法の小さい筒
状のリダクター部を接続し、上記コンバスター部の側壁
に複数の第１段バーナを配置するとともに、上記リダク
ター部の周囲の上記コンバスター天井部に複数の第２段
バーナを下向きに配置したことを特徴とする噴流床石炭
ガス化炉。

【００１５】

【作用】本発明においては、バーナを下向きに配置する
ので、バーナから噴射された燃料と酸化剤の噴流は、コ
ンバスター内で一旦下向き流れを形成した後、Ｕ字形に
反転して上昇する。したがって、単純にバーナから上昇
流を形成する従来の噴流床ガス化炉よりもコンバスター
における溶融スラグの捕集効率が向上するとともに、壁
面に付着するスラグの量を大幅に軽減することができ
る。

【００１６】また、バーナがコンバスター天井部に設け
られるので、リダクターの周壁に付着しバーナレベルへ
流下して来る半溶融状態のスラグがあっても、スラグが
バーナへ覆い被さるようなことはなく、流下スラグによ
るバーナ閉塞の問題を解決できる。したがって、２段噴
流床ガス化炉において特に問題となるリダクターバーナ
のスラッギングトラブルを解消できる。

【００１７】更に、複数のバーナの噴射方向をコンバス
ターの軸線を含む平面からずらせた場合は、バーナの噴
流がコンバスター内で旋回流を形成するから、石炭と空
気等の酸化剤との拡散混合が良好になって、ガス化性能
が向上するとともに、遠心力により溶融スラグの捕集効
率も向上する。

【００１８】また、コンバスターの天井部に設けた噴出
口から、ガス化炉生成ガスの一部または不活性ガスを下
向きに投入した場合は、そのジェット噴流によってバー
ナから噴出する燃料および酸化剤の噴流の流線軌跡を変
化させることができる。そしてこれにより、燃料および
酸化剤の噴流がコンバスター内に滞留する時間を調節で
きる。

【００１９】

【実施例】図１（ａ）は本発明を１段噴流床石炭ガス化
炉に適用した第１実施例を示す縦断側面図、図１（ｂ）
は同じく水平断面図である。本実施例においては、円筒
形のコンバスター（１１ａ）の上端にそれよりも直径の
小さな円筒形のリダクター（１１ｂ）を接続し、その周
囲のコンバスター天井部に複数のバーナ（１２）を下向
きに配置する。（１３）はスラグホール、（１５ａ），
（１５ｂ）は溶融スラグである。

【００２０】上記バーナ（１２）から噴出した燃料と酸
化剤の噴流（１４ａ）は、コンバスター（１１ａ）内で
一旦下向きの流れを形成した後、Ｕ字形に反転してリダ
クター（１１ｂ）へ上昇して行く。これにより、単純に
バーナ（２）から上昇流を形成する従来の噴流床ガス化
炉よりも、コンバスター（１１ａ）における溶融スラグ
の捕集効率を向上させることができる。またＵ字形の流
線を流れることより、図７に示された高温溶融液状スラ
グの領域Ａをコンバスター（１１ａ）の側壁から炉底部
へ沿う部分に移すことができるとともに、リダクター
（１１ｂ）の入口部では低温固体粒子状スラグの領域Ｃ
となるようにコンバスター（１１ａ）とバーナ（１２）
の設計をすることが可能となる。この場合には、付着力
の強い半溶融状態のスラグの領域Ｂはコンバスター（１
１ａ）の中央に限定できるので、スラグの壁面への付着
を大幅に低減することができる。

【００２１】一方、バーナ（１２）がコンバスター（１
１ａ）の天井部に下向きに設置されるので、リダクター
（１１ｂ）の周壁に付着しバーナレベルへ流下して来る
半溶融状態のスラグがあった場合でも、スラグがバーナ
（１２）へ覆い被さることのない構造となり、流下スラ
グによるバーナ閉塞の問題を解決できる。

【００２２】なお、上記図１（ｂ）では炉の平面形状を
円形としているが四角形でも良い。またコンバスター
（１１ａ）の天井面に中心部が低く外周部が高い傾斜を
付けることにより、リダクター（１１ｂ）の周壁を流下
するスラグ（１５ｂ）がバーナ（１２）部へ回り込むの
を防止することができる。

【００２３】次に図２（ａ）は本発明の第２実施例を示
す縦断側面図、図２（ｂ）は同じく水平断面図である。
本実施例においては、コンバスター（２１ａ）の形状が
円筒状でなく逆円錐台状になっている。したがって、ス
ラグホール（２３）部の輻射強度が強く、スラグホール
（２３）からのスラグ（２５ａ）の排出性が向上する。
また、バーナ（２２）からの噴流（２４ａ）がコンバス
ター（２１ａ）内で旋回流を形成するように、バーナ
（２２）の噴射方向をコンバスター（２１ａ）の軸線を
含む平面からずらせてある。このようにしたことによ
り、石炭と空気等の酸化剤との拡散混合が良好になっ
て、ガス化性能が向上するとともに、遠心力によって溶
融スラグの捕集効率も向上する。なお図２中（２１ｂ）
はリダクター、（２５ｂ）はリダクター部溶融スラグで
ある。

【００２４】次に図３（ａ）は本発明の第３実施例を示
す縦断側面図、図３（ｂ）は同じく水平断面図である。
本実施例においては、バーナ（３２）の内側にＧＩある
いはＧＲ等を下向きに投入する複数の噴射口（３８）を
設け、このジェット噴流（３９）によってバーナ（３
２）から噴出する燃料と酸化剤の噴流（３４ａ）の流線
軌跡を変化させる。これにより、燃料および酸化剤の噴
流（３４ａ）がコンバスター（３１ａ）内に滞留する時
間を調整し、リダクター（３１ｂ）の入口部では、低温
固体粒子状スラグとなるガス温度レベルへ低下するま
で、ガス化反応を進ませるようになっている。なお、
（３３）はスラグホール、（３５ａ）は溶融スラグ、
（４０）は起動用バーナである。

【００２５】次に図４（ａ）は、本発明の第４実施例と
して、２段噴流床石炭ガス化炉に適用した例を示す縦断
側面図、図４（ｂ）は同じく水平断面図である。

【００２６】本実施例においては、コンバスター（４１
ａ）の側壁に複数の第１段バーナ（コンバスターバー
ナ）（４２ａ）を配置し、コンバスター（４１ａ）出口
付近の天井部に複数の第２段バーナ（リダクターバー
ナ）（４２ｂ）を下向きに配置する。これにより、従来
の２段噴流床石炭ガス化炉において特に問題になってい
たリダクターバーナのスラッギングトラブルが解消され
る。また本実施例でもコンバスター（４１ａ）の形状を
逆円錐台形とすることにより、スラグホール（４３）部
の輻射強度を強くして、スラグホール（４３）からのス
ラグ（４５ａ）の排出性を向上させることができる。コ
ンバスターバーナ（４２ａ）あるいはリダクターバーナ
（４２ｂ）からの噴流は、旋回流であっても対向流であ
っても良い。

【００２７】なお、図４において、符号（４１ｂ）はリ
ダクター、（４４ａ）は燃料と酸化剤の噴流、（４４
ｂ）は燃料と搬送媒体の噴流、（４８）はジェット噴射
口、（４９）はジェット噴流をそれぞれ示す。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、従来の噴流床ガス化炉
において問題となっていた炉内のスラッギングトラブル
を防止あるいは低減することができる。したがってガス
化炉を安全に長時間連続運転することができるばかりで
なく、使用可能な石炭の種類を拡大することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１実施例を示す縦断面図およ
び水平断面図である。

【図２】図２は本発明の第２実施例を示す縦断面図およ
び水平断面図である。

【図３】図３は本発明の第３実施例を示す縦断面図およ
び水平断面図である。

【図４】図４は本発明の第４実施例を示す縦断面図およ
び水平断面図である。

【図５】図５は従来の１段噴流床ガス化炉の一例を示す
縦断面図および水平断面図である。

【図６】図６は従来の２段噴流床ガス化炉の一例を示す
縦断面図および水平断面図である。

【図７】図７は従来の２段噴流床ガス化炉における炉内
スラッギング状況と炉内ガス温度分布を例示する図であ
る。

【符号の説明】

（１）ガス化炉（１ａ），（１１ａ），（２１ａ），（３１ａ），（４
１ａ）コンバスター（１ｂ），（１１ｂ），（２１ｂ），（３１ｂ），（４
１ｂ）リダクター（２），（１２），（２２），（３２）バーナ（２ａ），（４２ａ）第１段バーナ（コンバスターバ
ーナ）（２ｂ），（４２ｂ）第２段バーナ（リダクターバー
ナ）（３），（１３），（２３），（３３），（４３）ス
ラグホール（４ａ），（１４ａ），（２４ａ），（３４ａ），（４
４ａ）燃料と酸化剤の噴流（４ｂ），（４４ｂ）燃料と搬送媒体の噴流（５ａ），（１５ａ），（２５ａ），（３５ａ），（４
５ａ）コンバスター内の溶融スラグ（５ｂ），（１５ｂ），（２５ｂ）リダクター内の溶
融スラグ（６）固着スラグ塊（７）角状スラグ塊（３８），（４８）ジェット噴射口（３９），（４９）ジェット噴流（４０）起動用バーナ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭を空気等の酸化剤とともに炉内に投
入し、同炉内で石炭から可燃性ガスを生成するととも
に、石炭中の灰分を溶融させてスラグ状とし、炉底部に
設けられたスラグホールから下方に排出する噴流床石炭
ガス化炉において、筒状または逆錐台状のコンバスター
部の上端に同コンバスター上端よりも寸法の小さい筒状
のリダクター部を接続し、その周囲のコンバスター天井
部に複数のバーナを下向きに配置したことを特徴とする
噴流床石炭ガス化炉。
【請求項２】上記複数のバーナの噴射方向を上記コン
バスタの軸線を含む平面からずらしたことを特徴とする
請求項１記載の噴流床石炭ガス化炉。
【請求項３】上記バーナの位置よりも内側の上記コン
バスター天井部にガス化炉生成ガスの一部または不活性
ガスを下向きに投入する噴射口を設けたことを特徴とす
る請求項１または請求項２記載の噴流床石炭ガス化炉。
【請求項４】石炭を空気等の酸化剤とともに炉内に投
入し、同炉内で石炭から可燃性ガスを生成するととも
に、石炭中の灰分を溶融させてスラグ状とし、炉底部に
設けられたスラグホールから下方に排出する噴流床石炭
ガス化炉において、筒状または逆錐台状のコンバスター
部の上端に同コンバスター上端よりも寸法の小さい筒状
のリダクター部を接続し、上記コンバスター部の側壁に
複数の第１段バーナを配置するとともに、上記リダクタ
ー部の周囲の上記コンバスター天井部に複数の第２段バ
ーナを下向きに配置したことを特徴とする噴流床石炭ガ
ス化炉。