JP3468890B2 - 石炭ガス化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２段噴流床石炭ガス化
炉の改良、特にリダクタバーナの先端付近に付着したス
ラグを確実に除去できるようにした石炭ガス化炉に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は燃料に微粉炭、ガス化剤に空気を
用いた従来の２段噴流床石炭ガス化炉の一例を示す縦断
面図、図６は図５のVI−VI水平断面拡大図，図７は図５
の VII部の拡大図である。これらの図において、（１）
はガス化炉，（２）はコンバスタ，（３）はリダクタ，
（４）は起動用コンバスタ，（５）はコンバスタ用石
炭，（６）は２次空気，（７）はコンバスタバーナ，
（８）はガス化用石炭，（９）はリダクタバーナ，（１
０）は油燃料，（１１）は油燃料用２次空気，（１２）
は油バーナ，（１３）は溶融スラグ，（１４）はスラグ
ホール，（15ａ）は固形スラグ，（15ｂ）は円筒状スラ
グをそれぞれ示す。

【０００３】ガス化炉（１）はコンバスタ（２），リダ
クタ（３）および起動用コンバスタ（４）から構成され
ている。コンバスタ（２）には、コンバスタ用石炭
（５）と２次空気（６）を噴射するコンバスタバーナ
（７）が複数本設けられている。リダクタ（３）にはガ
ス化用石炭（８）を噴射するリダクタバーナ（９）が複
数本設けられている。起動用コンバスタ（４）には油燃
料（１０）とその燃焼に必要な油燃料用２次空気（１
１）とを噴射する油バーナ（１２）が複数本設けられて
いる。そしてコンバスタ用石炭（５）およびガス化用石
炭（８）は、図示されていない粉砕設備で数μ〜数十μ
（７２μ Pass ７０〜８０％が好ましい。）に粉砕さ
れ、空気で搬送されて各バーナへ供給されるようになっ
ている。なお、ガス化炉（１）は、内部が高温となるた
め水冷耐火壁構造となっている。

【０００４】このような、構成のガス化炉（１）は下記
の手順でガス化運転される。まず、起動用コンバスタ
（４）の油バーナ（１２）で油燃焼を行ない、コンバス
タ（２）内の昇温を行なう。コンバスタ（２）内の温度
が石炭の着火点以上に達したならば、コンバスタバーナ
（７）よりコンバスタ石炭（５）と２次空気（６）を噴
射し、高温燃焼させる。その高温燃焼排ガスはリダクタ
（３）へ導かれる。コンバスタ（２）内の高温燃焼が安
定したならば、すみやかに、リダクタバーナ（９）から
ガス化用石炭（８）を噴射する。そうすると、ガス化用
石炭（８）は、高温燃焼排ガスの熱で乾留され、こうし
てガス化が開始される。起動用コンバスタ（４）の油バ
ーナ（１２）は、ガス化の安定と同時に停止する。一
方、コンバスタ（２）内に噴射された石炭中の灰分は、
コンバスタ（２）内が高温となっているため溶融して溶
融スラグ（１３）となり、コンバスタ（２）下部に設け
られたスラグホール（１４）から系外へ排出される。

【０００５】なおガス化炉は、ガス化効率の向上と溶融
スラグ（１３）の安定排出を計るため、コンバスタ
（２）内では空気比（実投入空気量／投入石炭量×理論
空気量）を 0.9〜1.1 として燃焼させ、できるかぎり高
温（1600〜1900℃）に保つ必要がある。そのため、コン
バスタ（２）内はもちろん、リダクタバーナ（９）付近
まで灰の融点以上の温度となっている。したがって図５
に示されるように、リダクタバーナ（９）付近の壁面に
は、コンバスタ（２）内から高温燃焼排ガスとともに飛
散してきた一部のスラグや、リダクタバーナ（９）から
噴射されたガス化用石炭（８）の一部が付着し溶融して
溶融スラグ（１３）の層を形成する。この溶融スラグ
（１３）は、雰囲気温度が高いため、流動性がよく自重
でコンバスタ（２）内へ向かって流下するが、前述のよ
うに常に供給もされているので、ある層の厚さで保持さ
れている。実験結果ではこの層の厚さは３〜２０mm程度
となっている。リダクタバーナ（９）の上方では、ガス
化反応により急激に温度が低下して灰の融点温度以下と
なるため、壁面に付着したスラグは固形スラグ（15ａ）
となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】リダクタバーナ（９）
は焼損防止のため、水冷構造となっているので、表面温
度は低い。したがって、リダクタバーナ（９）の上面ま
で流下してきた溶融スラグ（１３）は冷却されて固化
し、成長する。

【０００７】図８にその固化、成長の状況を示す。
（ａ）はリダクタバーナ（９）上面に溶融スラグが達し
て固化した状況を示す。この時点でリダクタバーナ
（９）と接する面は完全に固化しているが表面は溶融し
ている。（ｂ）はさらに固化が成長し、バーナ端面まで
達した状況を示す。（ｃ）はバーナ端面まで成長したス
ラグがガス化用石炭（常温空気で搬送）で冷却され、バ
ーナ先端に円筒状スラグ（15ｂ）が形成された状況を示
す。（ｄ）は成長した円筒状スラグ（15ｂ）を示す。

【０００８】リダクタ（３）には複数本のリダクタバー
ナ（９）が配置されているが、各バーナの円筒状スラグ
（15ａ）が成長して互いに結合したりすると、ガス化用
石炭（８）の供給不安定や、リダクタ部ガス通路の面積
減少または閉塞等のトラブルも発生し、安定したガス化
運転が維持できなくなる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記従来の
課題を解決するために、次のような石炭ガス化装置を提
案するものである。

【００１０】１） コンバスタで微粉炭を燃焼させて生
成した燃焼ガスをリダクタへ導き、同リダクタにおいて
リダクタバーナから上記燃焼ガスに微粉炭を噴射投入し
て乾留する石炭ガス化装置において、上記リダクタバー
ナの外周を囲んで同リダクタバーナの軸線方向に往復動
できるスラグ除去装置を設け、同スラグ除去装置は、流
体圧シリンダによって往復動し、上記リダクタの内部に
押し出された時に先端が上記リダクタバーナの先端より
も突出する水冷構造のピストンで構成したことを特徴と
する石炭ガス化装置。

【００１１】

【００１２】

【００１３】２） コンバスタで微粉炭を燃焼させて生
成した燃焼ガスをリダクタへ導き、同リダクタにおいて
リダクタバーナから上記燃焼ガスに微粉炭を噴射投入し
て乾留する石炭ガス化装置において、上記リダクタバー
ナの外側で同リダクタバーナの軸線に並置された軸線上
に配置され、上記リダクタバーナ先端部の上方および側
方を囲んで同リダクタバーナの軸線方向に往復動でき、
かつ同リダクタバーナの上記軸線に並置された軸線のま
わりに回転できる逆Ｖ字形のスラグ除去板を設けたこと
を特徴とする石炭ガス化装置。

【００１４】

【作用】前記第１の解決手段においては、リダクタバー
ナの外周を囲んで同リダクタバーナの軸線方向に往復動
できるスラグ除去装置を設けたので、リダクタバーナの
先端部に付着したスラグを容易に剥離・落下させること
ができる。

【００１５】加えて同第１の解決手段においては、上記
スラグ除去装置が流体圧シリンダによって往復動する水
冷構造のピストンであるので、スラグ除去装置先端部の
焼損やスラグ付着が防止され、しかも構造が簡単であ
る。

【００１６】更に加えて同第１の解決手段においては、
上記ピストンが、上記リダクタの内部に押し出された時
に先端が上記リダクタバーナの先端よりも突出するよう
に、構成されているので、リダクタバーナの先端部にス
ラグが円筒状に突出して形成される場合でも、その円筒
状スラグを確実に除去することができる。

【００１７】前記第２の解決手段においては、上記リダ
クタバーナの外側で同リダクタバーナの軸線に並置され
た軸線上に配置され、同リダクタバーナ先端部の上方お
よび側方を囲んで同リダクタバーナの軸線方向に往復動
でき、かつ同リダクタバーナの上記軸線に並置された軸
線のまわりに回転できる逆Ｖ字形のスラグ除去板が設け
られているので、このスラグ除去板が炉壁面に接してい
る時には、リダクタバーナの先端部を覆う状態となる。
したがって上方の壁面を流下してきた溶融スラグは、逆
Ｖ字形のスラグ除去板で受け取められると同時に左右に
分れて流れ、リダクタバーナへの流下をある程度防止で
きる。そして、スラグ除去板を炉内へ前進させ、回転さ
せることにより、円筒状スラグを確実に破壊することが
できる。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の第１実施例におけるスラグ除
去装置を示す縦断面図、図２は図１のII−II矢視横断面
拡大図である。これらの図において、前記図５ないし図
７により説明した従来のものと同様の部分については、
冗長になるのを避けるため、同一の符号を付け詳しい説
明を省く。

【００１９】図１および図２で新たに用いられる符号と
して、（１６）はスラグ除去装置，（１７）はピスト
ン，（１８）はシリンダ，（１９）は水冷式ハンマ，
（２０）は圧縮空気，（２１）は駆動用注入排気管，
（22A),(22B)は排気弁，(23A),(23B）は注入弁，（２
４）は冷却水入口管，（２５）はフレキシブルチュー
ブ，（２６）はＯリング，（２７）は炉内をそれぞれ示
す。

【００２０】本実施例においては、リダクタバーナ
（９）の周囲にスラグ除去装置（１６）が設けられる。
このスラグ除去装置（１６）は、圧縮気体（Ｎ₂ ，空気
等）でピストン（１７）を動かして炉内（２７）側へ押
し出す構造になっている。

【００２１】詳述すると、リダクタバーナ（９）の外周
を囲んで炉壁に固着された環状断面のシリンダ（１８）
内に環状のピストン（１７）が滑動自在に設けられてお
り、そのピストン（１７）はスラグ（15ｂ）を壊す二重
円筒状のハンマ（１９）と接続されている。このハンマ
（１９）は先端部の焼損防止とスラグ付着防止のため水
冷式となっている。すなわち、センタに冷却水入口管
（２４）を設けて、冷却水を通水し、その外側より入っ
た水は戻る構造になっている。冷却水出入口管にはスラ
グ除去装置の動きが可能となるようにフレキシブルチュ
ーブ（２５）が接続されている。一方シリンダ（１８）
には、ピストン（１７）を駆動するための圧縮気体（２
０）を注入排気する駆動用注入排気管（２１）が設けら
れており、更にその駆動用注入排気管（２１）には排気
弁（22A),(22B)と注入弁（23A),(23B)が設けられてい
る。なお本スラグ除去装置（１６）の摺動部には全てＯ
リング（２６）が使用されている。また、スラグ除去装
置（１６）の内径は、できる限りリダクタバーナ（９）
の外径に近い寸法にする。このことによってスラグの剥
離効果を高めることができる。

【００２２】上記のようなスラグ除去装置（１６）は下
記の手順で操作される。まずスラグ除去装置（１６）を
炉内（２７）側へ押し出す時は、注入弁（23B)と排気弁
（22A)を閉じ注入弁（23A)と排気弁（22B)を開いて、圧
縮気体（２０）をピストン（１７）後方のシリンダ（１
８）内に注入する。注入された圧縮気体（２０）はピス
トン（１７）を炉内（２７）側へ動かし、水冷式ハンマ
（１９）の先端部を円筒状スラグ（15ｂ）に衝突させ
る。この衝撃力でリダクタバーナ（９）先端部付近に付
着していた円筒状スラグ（15ｂ）は剥離して落下する。
水冷式ハンマ（１９）を炉内（２７）より引き戻す時に
は、注入弁（23A)と排気弁（22B)を閉じ注入弁（23B)と
排気弁（22A)を開いて、圧縮気体（２０）をピストン
（１７）の前方のシリンダ（１８）内に注入する。そう
すると水冷式ハンマ（１９）は元の位置に戻り、炉内
（２７）の高温燃焼ガスやスラグによる焼損が防止され
る。

【００２３】次に本実施例のスラグ除去装置の運用例を
述べると、スラグ除去装置（１６）はスラグ付着量が多
くなって、リダクタバーナ（９）先端部が塞がってしま
う前に運転する必要があり、５〜６時間毎に作業を実施
する。１回のスラグ除去作業で２〜３回出し入れを行な
う。その他の条件は、例えば表１のとおりである。

【００２４】

【表１】

【００２５】次に図３は本発明の第２実施例におけるス
ラグ除去装置を示す縦断面図、図４は図３のIV−IV矢視
横断面図である。これらの図においても、前記と同様の
部分については、同一の符号を付け詳しい説明を省く。

【００２６】図３および図４で新たに用いられる符号と
して、（３６）はスラグ除去板，（３７）は回転軸，
（３８）は減速器，（３９）はスリップリング，（４
０）はモータ，（４１）は空気式シリンダ，（４２）は
フレキシブルホース，（４３）はグランドパッキン，
（４４）は冷却水，（４５）は冷却水管，（４６）は位
置センサ，（４７）は制御盤，（４８）はパッキン押え
をそれぞれ示す。

【００２７】本実施例においては、リダクタバーナ
（９）先端部の上方および側方を囲んで、山型状（逆Ｖ
字形）のスラグ除去板（３６）が配置される。このスラ
グ除去板（３６）は、リダクタ（３）の壁面を貫通した
回転軸（３７）によって炉外部の減速器（３８），スリ
ップリング（３９），モータ（４０），空気式シリンダ
（４１）と接続されている。そして空気式シリンダ（４
１）とモータ（４０）を作動させることにより、スラグ
除去板（３６）はリダクタバーナ（９）の軸線方向の往
復動と回転軸（３７）まわりの回転ができるようになっ
ている。

【００２８】上記回転軸（３７）の貫通部はグランドパ
ッキン（４３）でシールされ、そのグランドパッキン
（４３）はパッキン押え（４８）で調整される。またこ
の回転軸（３７）の内部には冷却水（４４）を通水する
冷却水管（４５）が設けられており、その一端にはフレ
キシブルホース（４２）が接続されている。更にこの回
転軸（３７）にはモータ（４０）と連動する位置センサ
（４６）が設けられており、回転軸（３７）の回転を停
止させる場合に常に一定の位置で停止させることができ
るようになっている。なお、位置センサ（４６）の信号
は制御盤（４７）に送られ、モータ（４０）の起動・停
止，空気式シリンダ（４１）の起動・停止を制御するこ
とができる。

【００２９】上記のようなスラグ除去装置は以下の手順
で操作される。まずスラグ除去装置に冷却水（４４）を
通水し、ガス化炉を立上げる。スラグ除去装置は、リダ
クタバーナ先端部に発生する円筒状スラグが大きく成長
しないように、５〜６時間毎に作動させる。具体的には １） 空気シリンダ（４１）を操作し、スラグ除去板
（３６）を炉内側へ挿入する。 ２） 続いてモータ（４０）を起動し、スラグ除去板
（３６）を回転させて円筒状スラグを破壊し除去する。 ３） 回転を停止する。停止する場合は位置センサ（４
６）により、モータ起動時と同じ位置、つまり図４に示
すようにスラグ除去板（３６）が水平方向に移動しても
リダクタバーナ（９）と接触しない位置で停止する。 ４） 空気式シリンダ（４１）を操作し、スラグ除去板
（３６）を引き抜いて元の状態に戻す。 これで一連の操作が終了する。なお、これらの操作は制
御盤（４７）で自動的に行なうことができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、リダクタバーナの先端
に形成される円筒状スラグを確実に除去することができ
るので、安定かつ連続してガス化運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１実施例におけるスラグ除去
装置を示す縦断面図である。

【図２】図２は図１のII−II矢視横断面拡大図である。

【図３】図３は本発明の第２実施例におけるスラグ除去
装置を示す縦断面図である。

【図４】図４は図３のIV−IV矢視横断面図である。

【図５】図５は従来の２段噴流床石炭ガス化炉の一例を
示す縦断面図である。

【図６】図６は図５のVI−VI水平断面拡大図である。

【図７】図７は図５のVII 部の拡大図である。

【図８】図８は円筒状スラグの形成状況を示す図であ
る。

【符号の説明】

（１） ガス化炉 （２） コンバスタ （３） リダクタ （４） 起動用コンバスタ （５） コンバスタ用石炭 （６） ２次空気 （７） コンバスタバーナ （８） ガス化用石炭 （９） リダクタバーナ （１０） 油燃料 （１１） 油燃料用２次空気 （１２） 油バーナ （１３） 溶融スラグ （１４） スラグホール （15ａ） 固形スラグ （15ｂ） 円筒状スラグ （１６） スラグ除去装置 （１７） ピストン （１８） シリンダ （１９） 水冷式ハンマ （２０） 圧縮空気 （２１） 駆動用注入排気管 （22A)，（22B) 排気弁 （23A)，（23B) 注入弁 （２４） 冷却水入口管 （２５） フレキシブルチューブ （２６） Ｏリング （２７） 炉内 （３６） スラグ除去板 （３７） 回転軸 （３８） 減速器 （３９） スリップリング （４０） モータ （４１） 空気式シリンダ （４２） フレキシブルホース （４３） グランドパッキン （４４） 冷却水 （４５） 冷却水管 （４６） 位置センサ （４７） 制御盤 （４８） パッキン押え

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−206688（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−63407（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−306373（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−70256（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−61612（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−71034（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭62−1550（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23D 1/00 F23J 1/00 F23J 1/08 C10J 3/50

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンバスタで微粉炭を燃焼させて生成し
   た燃焼ガスをリダクタへ導き、同リダクタにおいてリダ
   クタバーナから上記燃焼ガスに微粉炭を噴射投入して乾
   留する石炭ガス化装置において、上記リダクタバーナの
   外周を囲んで同リダクタバーナの軸線方向に往復動でき
   るスラグ除去装置を設け、同スラグ除去装置は、流体圧
   シリンダによって往復動し、上記リダクタの内部に押し
   出された時に先端が上記リダクタバーナの先端よりも突
   出する水冷構造のピストンで構成したことを特徴とする
   石炭ガス化装置。
2. 【請求項２】 コンバスタで微粉炭を燃焼させて生成し
   た燃焼ガスをリダクタへ導き、同リダクタにおいてリダ
   クタバーナから上記燃焼ガスに微粉炭を噴射投入して乾
   留する石炭ガス化装置において、上記リダクタバーナの
   外側で同リダクタバーナの軸線に並置された軸線上に配
   置され、上記リダクタバーナ先端部の上方および側方を
   囲んで同リダクタバーナの軸線方向に往復動でき、かつ
   同リダクタバーナの上記軸線に並置された軸線のまわり
   に回転できる逆Ｖ字形のスラグ除去板を設けたことを特
   徴とする石炭ガス化装置。