JP2659849B2 - 加圧型ガス化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水冷壁で形成されたガス化炉本体とガス冷
却熱交換器群を囲む水冷壁構造のダクトとを圧力容器内
に内蔵する加圧型ガス化装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

第４図ないし第６図は、いずれも従来の加圧型石炭ガ
ス化装置の例を示す図である。

まず第４図は一重構造のものの例であって、ａはガス
化炉本体、ｂは水冷壁、ｃは断熱保温材、ｄは耐圧容
器、ｅは灰ホッパをそれぞれ示す。加圧型ガス化装置に
おいては、ガス化炉本体の内部が高温高圧となるので、
この例のような一重構造の炉壁の場合には、構造強度上
極めて厚い壁構造で形成する必要があった。しかしなが
ら炉壁構造を厚くすると、コストが増して経済性に劣る
ばかりでなく、放熱効果が得られないので炉の損傷を早
める欠点がある。このように、水冷壁構造とするだけで
は、炉内の高温高圧の状態に対応しかつ十分な壁強度を
得ることは困難であった。

そこで、第５図に示されるように、ガス化炉本体を圧
力容器内に配置するいわゆる二重構造の加圧型ガス化装
置が提案された（特願昭60−48202号，特開昭61−20749
2号）。この二重構造は、ガス化炉本体（01）とこれを
内蔵する圧力容器（06）とから構成され、この圧力容器
（06）の内部圧力がガス化炉本体（01）の内部圧力と同
等または若干低い圧力に保たれて、ガス化炉本体（01）
内部の高い圧力をガス化炉本体（01）の構造壁と圧力容
器（06）の壁との二段で分散する形で、外部との圧力差
に対応するものである。こうすれば、ガス化炉本体（0
1）の壁を薄い構造とすることができ、また例えば水冷
壁構造とすることによって高い放熱効果が得られ、ガス
化炉本体の寿命を著しく向上できる利点がある。

しかしながらこのような二重構造とした場合、圧力容
器（06）内の圧力はガス化炉本体（01）内の圧力に対応
して或る一定の圧力に保つ必要がある。そこで第５図図
示例では、圧力容器（06）の内部（ガス化炉本体（01）
の外部）に加圧不活性ガス（040）を注入している。こ
の場合、装置の運転に際して生じるガス化炉本体（01）
内の圧力変化に対応して、圧力容器（06）内に供給する
不活性ガスの圧力も変えねばならない。そのために、炉
内圧力を差圧計（041）で検知して不活性ガスの供給圧
力を調節，制御するなど、複雑な装置、設備が必要とな
る欠点があった。

これらの欠点を解消するために、第６図に示される加
圧型ガス化装置が提案されている（特願昭60−221324
号，特開昭62−81489号）。この装置では、ガス化炉本
体（01）を収納する圧力容器（06）の内部と熱交換器群
（07）を囲む水冷壁（014）を収納する圧力容器（013）
の内部とがバランス管（016）によって連通している。
そして、ガス化炉本体（01）のスラグ排出口（03）に、
水封によるガスシール装置（018）が設けられている。
また水冷壁（014）の出口に、圧力容器（013）に取付け
られたガス受け（011）が設けられて、水冷壁（014）と
圧力容器（013）との間に、低温の生成ガスが自由に出
入りできるガス通路（036）が形成されている。

第６図図示の装置においては、熱交換器群（07）を囲
む水冷壁（014）の出口の低温生成ガスと、圧力容器（0
13）の内部に自由に流通させることにより、圧力容器
（013），（06）内の圧力を自己平衡的に制御すること
ができ、ガス化炉本体（01）内の圧力変動にも容易に追
随して一定の差圧を保つことができる。このため、特別
な圧力検知手段、制御手段を必要とせず、極めて経済的
かつ確実に圧力制御できる。また水冷壁（014）の出口
に自由部を設けたことにより、水冷壁（014）と圧力容
器（013）との熱伸び差をこの部分で吸収することがで
きる。さらにガス化炉本体（01）のスラグ排出口（03）
に水封によるガスシール装置（018）を設けたので、ガ
ス化炉本体（01）と圧力容器（06）との熱伸び差もこの
水封構造によって吸収できる。

〔発明が解決しようとする課題〕 前記第６図図示の加圧型ガス化装置も、水冷壁（01
4）の出口の低温ガスが何等制限を受けず圧力容器（01
3）内の自由に流出入するので、次に述べる理由によ
り、装置の性能および運用上好ましいものとは言い難
く、特に安全面からも問題であった。

すなわち、圧力容器（013）内に流入したガスは同容
器内に充満する。そして、水冷壁（014）に接したガス
は、水冷壁内部からの放散熱により部分的に加熱されて
比重が小さくなり、水冷壁（014）に沿って上昇する。
入れ替りに上部に充填していたガスが比重差により下降
する。つまり、圧力容器（013）内で自然対流が発生す
る。この自然対流で下降して来た低温ガスは、ガス通路
（036）を経て主系統に混入し、生成ガスの温度を低下
させるから、次段階装置への供給ガス条件が不安定とな
る。これは自然対流現象によるものなので、その温度変
化量を予め予測することは困難であり、制御することは
不可能である。

上記のようにして生成ガスが圧力容器（013）内に流
入すると、生成ガス中に含まれる未燃炭素分（チャー）
も圧力容器内に侵入する。そして圧力容器内にチャーが
堆積すると、装置の維持管理上好ましくないばかりでな
く、何等かの事情によりその堆積物に着火して火災にな
ったり、さらには爆発等の災害が発生する原因にもなり
かねず、安全面からも好ましくない。

〔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、水冷壁構
造のガス化炉本体とガス冷却熱交換器群を内蔵する水冷
壁構造のダクトとを圧力容器内に配置した加圧型ガス化
装置において、上記ダクトの出口と上記圧力容器内とを
連通するとともに、上記ダクトの上記連通部よりも上方
の壁と上記圧力容器の内壁面とを連結する壁とを設け、
かつ上記隔壁の両側の圧力差が所定値以上になった時に
重量に抗して自動的に開き、同隔壁の両側を連通する均
圧弁を設けたことを特徴とする加圧型ガス化装置を提案
するものである。

〔作 用〕

本発明は前記の構成を有し、水冷壁構造ダクトの出口
と圧力容器との連通部上方において、ダクト壁と圧力容
器内壁面とを連結する隔壁を設けたので、通常は水冷壁
ダクト内と圧力容器内とが遮断され、圧力容器内に自然
対流が発生することによる前記問題点が解消される。

また、ガス化炉本体内および熱交換器群を収納する水
冷壁内の圧力と、その水冷壁を内蔵する圧力容器内の圧
力との差が、或る一定の値以上に達した時には、ガスが
流通できるように重量に抗して自動的に均圧弁が開い
て、装置の安全を確保する。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す全体図、第２図は同
じくガス冷却熱交換器群の下部周辺を拡大して示す図、
第３図は同じく均圧弁の詳細図である。

ガス化炉本体（１）は内面を耐火材で覆われた水冷壁
構造で形成され、スラグホッパ（２）とともに圧力容器
（３）内に配置される。一方、複数のガス冷却熱交換器
（４）が水冷壁構造のダクト（９）内に内蔵され、圧力
容器（５）内に配置されている。これらの圧力容器
（３），（５）は、ガス連絡管（６）を内包する圧力容
器連絡管（７）により、両圧力容器の圧力バランスを保
つ構造で連結されている。

ガス化炉本体（１）下方にはスラグ排出ホッパ（２）
が配され、ガス化炉本体（１）とウォータシール機構
（８）で連結されて、ガス化炉本体（１）と圧力容器
（３）との温度差による熱膨張差を完全に吸収できるよ
うになっている。

一方ガス冷却熱交換器群（４）を内蔵する水冷壁ダク
ト（９）の出口部は、圧力容器（５）とは直接連結せ
ず、熱交換器群出口の低温ガスが圧力容器（５）内に自
由に出入りできるよう、ガス通路（12）により連通して
いる。このガス通路（12）によって水冷壁ダクト（９）
と圧力容器（５）との熱膨張差を吸収することができ、
ガス冷却熱交換器群を損傷、破壊の心配がない信頼性の
高い装置に構成できる。このガス通路（12）は、水冷壁
ダクト（９）内の圧力と圧力容器（５）内の圧力とをバ
ランスよく保つに必要なだけのガスが流通できる最小空
隙を確保するよう設定される。

また、第２図に示されるように、熱交換器群を内蔵す
る水冷壁ダクト（９）の上記ガス流路（12）よりも上方
に、圧力容器（５）内壁との間を連結して隔壁（10）が
設けられる。さらに、この隔壁（10）には、隔壁上下の
差圧が一定の値以上になった場合にのみ開閉する均圧弁
A,Bが設けられる。

第３図は隔壁（10）に取付られる均圧弁A,Bの具体的
な構造例を図示したものである。均圧弁Ａは、隔壁（1
0）の下方の圧力が上方の圧力よりも高い場合に、自身
の重量に抗して上方に自動的に開くように構成されてい
る。また均圧弁Ｂは、上方の圧力が下方の圧力よりも高
い場合に、弁に取付られたウエイトの重量に抗して自動
的に開くようになっている。

なお、圧力容器（５）の隔壁（10）下方の空間底部
は、ガスの出入りに伴って侵入したダストが堆積するの
を極力排除する目的で、耐火材（11）により円錐状に形
成されている。

このような装置において、ガス化炉本体（１）内で生
成した高温ガスは、ガス冷却熱交換器群（４）でその顕
熱が熱回収され、低温ガスとして後置の設備（図示せ
ず）に供給される。またスラグはガス化炉本体（１）の
下方に配されたスラグホッパ内に落下し、冷却破砕され
る。

本実施例では、圧力容器（５）内に充填されたガスが
水冷壁ダクト（９）の放散熱により加熱されて、圧力容
器（５）内でガス比重の変化によりガスの自然対流現象
が生じた場合でも、隔壁（10）が設けられているので、
熱交換器群出口部のガス通路（12）へ直接影響が及ぶこ
とはなく、圧力容器内の低温ガスが生成ガスの主流に流
入することによる温度低下が防止される。

さらに、この隔壁（10）に設けられた均圧弁A,Bによ
り、水冷壁ダクト（９）および圧力容器（５）の安全性
が確保される。すなわち均圧弁A,Bは、前記のとおり、
水冷壁ダクト（９）内の圧力と圧力容器（５）内の圧力
との差を装置の安全性を確保する或る一定の均衡した差
圧に保つために設けられているものであって、この均衡
した差圧を超えて異常な値になった場合には、均圧弁A,
Bのうちどちらかが自動的に開き、差圧を正常値に復す
るのである。

上記均圧弁A,Bは、加圧型ガス化装置の構造強度およ
び運用条件を考慮し、許容差圧を求めたうえで、その適
切な仕様が決定される。また均圧弁は、圧力容器（５）
内を充満するガスに含まれる微粉粒のチャー成分が堆積
し難い構造とすることが必要である。さらに均圧弁A,B
は、加圧型ガス化装置の起動・停止時や負荷変動時にお
いても、圧力容器内圧力を自動的に適正に保持できるよ
う考慮して設計すれば、装置の安全性、信頼性を一層向
上させることができる。具体的には、隔壁上下の圧力
差、均圧弁の作動開口面積と自重、水冷壁ダクトおよび
圧力容器の耐圧強度等を加味して、50〜600mm水柱の差
圧で作動するよう設計する。

上記のように本実施例では、均圧弁A,Bを備えた隔壁
（10）を圧力容器（５）内に設けることにより、圧力容
器（５）内のガスの自然対流現象に伴って生じる加圧型
ガス化装置の性能および運用上の問題点が解決され、か
つ装置の安全性、信頼性も向上する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、水冷壁構造のガス化炉本体とガス冷
却熱交換器群を内蔵する水冷壁構造のダクトとを圧力容
器内に配置した二重構造の加圧型ガス化装置において、
圧力容器内のガスの自然対流に伴って従来生じていた生
成ガスの温度低下や、圧力容器内のチャー堆積に伴う火
災・爆発の危険等、性能上および運用上の問題点が解決
され、安全性、信頼性が高い装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体図、第２図は同じ
くガス冷却熱交換器群の下部周辺を拡大して示す図、第
３図は同じく均圧弁の詳細図である。第４図ないし第６
図は、いずれも従来の加圧型石炭ガス化装置の例を示す
図である。 ａ……ガス化炉本体,b……水冷壁， ｃ……断熱保温材,d……耐圧容器， ｅ……灰ホッパ，（01）……ガス化炉本体， （03）……スラグ排出口，（06）……圧力容器， （07）……熱交換器，（011）……ガス受け， （013）……圧力容器、（014）……水冷壁、 （016）……バランス管，（018）……ガスシール装置， （036）……ガス通路，（040）……不活性ガス， （041）……差圧計，（１）……ガス化炉本体， （２）……スラグホッパ，（３）……圧力容器， （４）……ガス冷却熱交換器，（５）……圧力容器， （６）……ガス連絡管，（７）……圧力容器連絡管， （８）……ウォータシール機構， （９）……水冷壁ダクト，（10）……隔壁， （11）……耐火材，（12）……ガス通路， A,B……均圧弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼木 光治 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内 (56)参考文献 特開 昭64−9290（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−145294（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−86795（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−257985（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水冷壁構造のガス化炉本体とガス冷却熱交
   換器群を内蔵する水冷壁構造のダクトとを圧力容器内に
   配置した加圧型ガス化装置において、上記ダクトの出口
   と上記圧力容器内とを連通するとともに、上記ダクトの
   上記連通部よりも上方の壁と上記圧力容器の内壁面とを
   連結する壁とを設け、かつ上記隔壁の両側の圧力差が所
   定値以上になった時に重量に抗して自動的に開き、同隔
   壁の両側を連通する均圧弁を設けたことを特徴とする加
   圧型ガス化装置。