JP3546313B2 - Spouted bed coal gasifier - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、石炭ガス化炉に係り、特に石炭をガス化したガスをガスタービンに供給して発電を行う石炭発電プラントに適用するのに好適な石炭ガス化炉に関する。
【0002】
【従来の技術】
石炭の持つエネルギーを電気エネルギーに変換する方法には、直接燃焼して熱エネルギーからスチームを介してスチームタービンを用いて発電する方式、或いは一旦可燃性ガスに変換して、ガスタービンで燃焼して発電する方式がある。一般的に後者は前者に比べて効率が良く、次世代の発電システムとして有望視されている。石炭ガス化炉はこの次世代発電システムの中核となる技術である。
【0003】
石炭ガス化炉とは、石炭等の燃料と酸素或いは空気などの酸化剤を高温で接触させ、水素,一酸化炭素,メタンなどで構成された可燃性ガスを生成する装置である。噴流層石炭ガス化炉は、この装置の中の形式の1つであり、高温で反応させることにより、反応を速やかに終了させて石炭のガス化効率を向上させると同時に、石炭中に存在する灰分を溶融分離した後回収するため、石炭中に存在する有害な金属成分を封じ込めることができ、かつ廃棄時の灰からの溶出も少なく、環境適合性に優れた反応炉形式である。
【0004】
この形式の石炭ガス化炉では高温でガス化反応を行うため、石炭中の灰分が溶融し生成した粘着性の液滴や粒子が、ガス化ガスに同伴されガス化ガスを処理する装置の壁面等に付着する課題がある。
【0005】
その対策として、特開平3−24195号公報においては、ガス化炉の内径より小さい内径のガス化炉出口とガス化ガスの冷却部との間にガスを噴出する機構を備え、生成ガスに同伴される粘着性粒子の粘着力を消失させ、熱回収部の粒子付着を抑制している。また、特開平3−239797 号公報においては、ガス化炉の内径より小さい内径のガス化炉出口とガス化ガスの冷却部との間に設置した内径が拡大していくディフューザー部にガスを噴出する機構を備え、熱回収部の粒子付着を抑制している。また、特開平2−38492号公報においては、ガス化炉の内径より小さい内径のガス化炉出口とガス化ガスの冷却部との間に、ガス噴出ノズルを半径方向に放射状に備えたガス注入リングを備え、熱回収部の粒子付着を抑制している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の噴流層石炭ガス化炉においては、熱回収室の壁面への灰などの付着を問題とし、その対策について提案している。しかしながら、ガス化部と熱回収室の間の絞り部に灰が付着し、絞り部の閉塞につながることが明らかとなった。この課題に対して、前記従来技術では対策できない。すなわち、ガス化炉上部の絞り付近では何ら対策がとられておらず、このため、ガス化炉上部の絞り付近の灰付着が課題となる。
【0007】
本発明の目的は、ガス化部から熱回収部に通じる絞り部に灰が付着することを抑制した噴流層石炭ガス化炉を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の噴流層石炭ガス化炉は、石炭をガス化するガス化部と、該ガス化部の上部にあって内径が縮小する絞り部と、該絞り部の上部にありガスを排出する炉出口部と、前記ガス化部内の前記絞り部の下部にシール用のガスを噴出する手段とを備えることによって達成される。
【0009】
【作用】
上記構成によれば、石炭バーナより供給された石炭等の燃料と酸素等の酸化剤は、円筒状のガス化部で反応し、熱回収部へ流れる。ガス化部の上部にあって内径がガス化部より順次縮小する絞り部に配置した、該絞り部の壁面を保護するガスを噴出するシールガス噴出ノズルから、シールガスを噴出すると、該シールガスはガス化部から流出するガスの流れにより、絞り部の壁面に沿って上昇し、絞り部の壁面にシール膜を形成する。ガス化部で生成した石炭灰等の粘着性の液滴を含む粒子は、ガス化部から流出するガスの流れに搬送される。絞り部では粒子の持つ慣性力により壁面に接近するが、絞り部の壁面に形成したシール膜により絞り部の壁面への粒子付着が抑制され、絞り部の閉塞の抑制が達成される。
【0010】
また、石炭バーナを円筒状のガス化部に旋回流を形成するように配置し、石炭等の燃料と酸素等の酸化剤を供給すると、ガス化部で生成したガスは旋回しながら、熱回収部へ流れる。半径方向に放射状に設置した複数のシールガス噴出ノズルからシールガスを吹き込むと、該シールガスは生成ガスの持つ旋回力で壁面方向に移動し、絞り部の壁面に、ガス化部の旋回より弱旋回したシール膜を形成できる。粒子はガス化部から流出するガスの流れに搬送され、旋回する。遠心力により粒子は壁面に近づくが、絞り部の壁面に形成した弱旋回したシール膜により、遠心力が弱まり、粒子は絞り部の壁面に接近せず、絞り部の壁面への粒子付着が抑制され、絞り部の閉塞の抑制が達成される。
【0011】
また、絞り部の壁面のシール用のガス噴出ノズルを斜め下向きに配置すると、シールガスは、シールガス噴出ノズルの下方に噴出され、ガス化部より旋回しながら流出するガスの旋回力により壁面へ移動し、絞り部の壁面に沿って流れ、シールガス噴出ノズルを覆うように、絞り部壁面を保護するシール膜を形成する。これによりシールガス噴出ノズル近傍の粒子付着が抑制され、シールガス噴出ノズルの閉塞の抑制が達成される。
【0012】
また、絞り部の壁面のシール用のガス噴出ノズルから、粘着性粒子の粘着性が減衰或いは消失する温度のクエンチガスを吹き込むことにより、絞り部の粒子付着を抑制するとともに粘着性粒子の粘着性を減衰或いは消失される。
【0013】
また、絞り部に複数段のガス噴出ノズルを配置し、一方からガス化部で生成したガスを冷却する前記クエンチガスを噴出し、他方から絞り部の壁面の保護用シールガスを噴出すると、該クエンチガスを噴出ノズル近傍に、シール膜が形成し、該クエンチガスの噴出ノズルに粘着性高い粒子が接近することを抑制し、該クエンチガスの噴出ノズル近傍で粘着性の高い粒子が冷却,固化し、堆積することを抑制し、該クエンチガスの噴出ノズルの閉塞の抑制が達成される。
【0014】
さらに、ガスタービンの燃焼器に送る圧縮空気の一部をガス化炉の絞り部の壁面のシールガスとして吹き込むと、圧縮空気はガス化炉の絞り部にシール膜を形成し、ガス化炉の絞り部の灰付着を抑制する。それとともに、シールガス発生器とガスタービン用コンプレッサが一体化でき、システムを簡略化できる。
【0015】
また、蒸気発生装置で生成した水蒸気を絞り部の壁面のシールガスとして吹き込むと、水蒸気はガス化部で生成した一酸化炭素及び活性化した炭素と反応し、水素に転化し、生成ガス中の水素濃度を高めることができるとともに、絞り部にシール膜を形成し、絞り部の灰付着を抑制する。
【0016】
また、脱塵,冷却されたリサイクルガスを絞り部の壁面のシールガスとして吹き込むと、リサイクルガスの成分は生成ガスとほぼ同一であることから、生成ガスの成分をほとんど変化することなく、リサイクルガスは絞り部にシール膜を形成し、絞り部の灰付着を抑制する。
【0017】
また、ガス噴出部の先端が最も縮小した複数のシールガス噴出ノズルを有し、該ガス噴出部先端の内径をすべて等しくした上記構成の装置は、圧力損失が最大となる先端部の影響が大きくなるため、等しい量のシールガスを供給することが可能となり、絞り部に均一な厚さのシール膜を形成することが達成される。
【0018】
上記構成によれば、ガス化部において酸化剤と石炭等の燃料がガス化反応を起こし、高温の石炭ガス化ガスを生成するが、絞り部に配置したシールガス噴出ノズルは該石炭ガス化ガスにより熱せられ高温になることから、耐熱性の高い材料、例えばセラミックなどで構成する必要がある。
【0019】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【0020】
図1に本発明の実施例1のシステム構成図を示す。全体は石炭ガス化炉1,ガスタービン40,スチームタービン45などから構成される。石炭ガス化炉1で生成したガスは脱塵装置30,脱硫装置35を通過することで生成ガス中のダスト,硫黄分が除去され、ガスタービン40で燃焼し発電する。この排ガスが排熱回収ボイラ43を通過してスチームを生成してスチームタービン45で発電する。ガスタービン40のコンプレッサーで生成した圧縮空気は酸素製造装置50に送られて窒素と酸素に分離され、窒素は石炭ホッパー12での加圧用窒素として使われ、酸素はガス化用の酸化剤として使用される。圧縮空気の一部は、ガス化炉絞り部近傍に設置したシールガス噴出ノズル15から噴出するシールガス20として使用される。本実施例特有の効果は、ガスタービン40のコンプレッサーで生成した圧縮空気を用いるため、シールガス生成用のコンプレッサーを省略し、システムが簡略化でき、システム全体のコストが削減できる点、或いは酸化剤や、加圧及びパージ用の窒素の昇圧のエネルギーが削減できるため、システム全体の効率が向上する点である。
【0021】
図2に本発明の実施例1の噴流層石炭ガス化炉の縦方向断面図を示す。ガス化炉全体は容器25に囲まれた耐火材26により構成され、炉上部2とガス化部3と溶融灰急冷室4からなる。ガス化部3と炉上部2はガス化部3より炉径が縮小する絞り部7で連続している。
【0022】
次に本実施例1の機能について説明する。石炭と酸素はバーナから供給する。上段バーナ14と下段バーナ6はそれぞれ複数を、炉内に旋回流が生ずるように接線方向に配置し、石炭と酸素を所定の比率でガス化部3に噴出し、石炭をガス化する。ガス化部3内のガスの温度は1200から1800度になり、石炭中の灰分は溶融し、その大部分が重力によりガス化部3の下方に設置した溶融灰急冷室4内の冷却水5に流下し、急冷,固化,粉砕されたのち回収される。また、一部は、ガス化部3で生成したガスに搬送され、旋回しながら、絞り部7を通過し、炉上部2に到達する。炉上部2では、絞り部7によりガス化部3からの放射伝熱が遮られ、また、炉壁等に配置した伝熱管で熱回収され、生成ガス及び粒子の温度はガス化反応が殆ど進行しない温度まで低下する。絞り部7に設置したシールガス噴出ノズル15からガスタービン40のコンプレッサーで生成した圧縮空気をシールガス20として噴出することにより、絞り部7の壁面にシール膜10が形成される。ガス化部3で生成したガスに搬送され、絞り部7を通過する石炭中の灰分等の粒子は、シール膜10により、絞り部7の壁面への接触が妨げられ、絞り部7への粒子付着が抑制される。さらに常温の圧縮空気をシールガス20として噴出することにより、絞り部7を通過するガス及び粒子の温度は、ガス化反応が殆ど進行しない温度或いは粘着性粒子の粘着力が殆ど消失する温度まで低下する。粘着力を失った粒子は絞り部7の壁面への付着が抑制される。さらに、シールガス噴出ノズル15を斜め下向きに設置することにより、シールガス20はシールガス噴出ノズル15の下方に噴出され、ガス化部3から旋回しながら流出するガスにより、絞り部7の壁面に沿って上昇する。これにより、シール膜10の下端はシールガス噴出ノズル15の下方に位置する。これによりシールガス噴出ノズル15付近の壁面はシール膜10に覆われ、シールガス噴出ノズル15近傍の粒子付着が抑制され、シールガス噴出ノズル15の閉塞の抑制が達成される。
【0023】
図3に本発明の実施例1の噴流層石炭ガス化炉の横方向断面I−Iの断面図を示す。半径方向に放射状に複数のシールガス噴出ノズル15を有することにより、絞り部7の壁面では、ガス化部3から流出するガスの外側に、シール膜10が、円周方向にほぼ均一な厚みで形成する。ガス化部3で生成したガスに搬送され、絞り部7を通過する石炭中の灰分等の粒子は、ガス化部3で生成したガスから与えられる旋回力や壁面方向の慣性力により絞り部7付近の壁面に接近するが、シール膜10により、旋回力や壁面方向の慣性力を弱められた粒子は、絞り部7の壁面に接触せず、絞り部7への粒子付着の抑制が達成される。
【0024】
図4に本発明の実施例1の噴流層石炭ガス化炉の絞り部の断面図を示す。シールガス噴出ノズルはノズル先端のガス噴出部が最も細くなるように構成されている。このため、シールガス供給系の中で、この部分の圧力損失が最も高くなることから、ノズル先端のガス噴出部の内径を等しくすることで、いずれのシールガス噴出ノズルからの供給量も等しくすることができる。
【0025】
図5に本発明の実施例1の噴流層石炭ガス化炉の絞り部7付近の半径方向距離と周方向速度分布の関係を示す。絞り部7に設置したシールガス噴出ノズル15からシールガス20として水蒸気を噴出したときは噴出しないときと比較して絞り部7の壁近傍の周方向速度が減少していることがわかる。
【0026】
実施例2を以下説明する。図6に本発明の実施例2の噴流層石炭ガス化炉の横方向断面I−Iの断面図を示す。本実施例の特徴は旋回方向にシールガス20を噴出するシールガス噴出ノズルを有することにより絞り部7の壁面にガス化部3から流出するガスより弱旋回したシール膜を形成できることである。
【0027】
次に本実施例2の機能について説明する。旋回方向に複数のシールガス噴出ノズル15を有することにより、絞り部7の壁面では、ガス化部3から流出するガスの旋回力と所定量で噴出するシールガス20の旋回力が合成し、ガス化部より弱旋回したシール膜10が形成される。ガス化部3で生成したガスに搬送され、絞り部7を通過する石炭中の灰分等の粒子は、ガス化部3で生成したガスから与えられる旋回力や壁面方向の慣性力により絞り部7付近の壁面に接近するが、シール膜10により、旋回力や壁面方向の慣性力を弱められた粒子は、絞り部7の壁面に接触せず、絞り部7への粒子付着の抑制が達成される。
【0028】
実施例3を以下説明する。図7に本発明の実施例3の噴流層石炭ガス化炉の縦方向断面図を示す。本実施例の特徴は半径方向に放射状にシールガス20を噴出するシールガス噴出ノズル15の先端部にスリット17を有することにより、絞り部7の壁面に位置するガス化部3から流出するガスの外側に、シール膜10を円周方向に均一な厚みで形成することができることと、シールガス噴出部を1つの部品で構成し、構造を簡略化できることである。
【0029】
次に本実施例3の機能について説明する。石炭と酸素はバーナから供給する。上段バーナ14と下段バーナ6はそれぞれ複数を、炉内に旋回流が生ずるように配置し、石炭と酸素を所定の比率でガス化部3に噴出し、石炭をガス化する。ガス化部3内のガスの温度は1200から1800度になり、石炭中の灰分は溶融し、その大部分が重力によりガス化部3の下方に設置した溶融灰急冷室4内の冷却水5に流下し、急冷,固化,粉砕されたのち回収される。また、一部は、ガス化部3で生成したガスに搬送され、旋回しながら、絞り部7を通過し、炉上部2に到達する。炉上部2では、絞り部7によりガス化部3からの放射伝熱が遮られ、また、炉壁等に配置した伝熱管で熱回収され、生成ガス及び粒子の温度はガス化反応が殆ど進行しない温度まで低下する。シールガス噴出スリット17からガスタービン40のコンプレッサーで生成した圧縮空気をシールガス20として噴出することにより、絞り部7の壁面にシール膜10が形成する。ガス化部3で生成したガスに搬送され、絞り部7を通過する石炭中の灰分等の粒子は、シール膜10により、絞り部7の壁面への接触が妨げられ、絞り部7への粒子付着が抑制される。さらに常温の圧縮空気をシールガス20として噴出することにより、絞り部7を通過するガス及び粒子の温度は、ガス化反応が殆ど進行しない温度或いは粘着性粒子の粘着力が殆ど消失する温度まで低下する。粘着力を失った粒子は絞り部7の壁面へ付着せず、絞り部7への付着が抑制される。また、斜め下向きにガスを噴出するシールガス噴出スリット17を有することにより、シールガス20はシールガス噴出スリット17の斜め下方に噴出される。シールガス20はガス化部3から旋回しながら流出するガスから受ける遠心力により壁面に移動した後、絞り部7の壁面に沿って上昇する。これにより、シール膜10の下端はシールガス噴出スリット17の下方に位置する。このためシールガス噴出スリット17付近の壁面はシール膜10に覆われ、シールガス噴出スリット17先端の粒子付着が抑制され、シールガス噴出スリット17の閉塞の抑制が達成される。
【0030】
図8に本発明の実施例3の噴流層石炭ガス化炉の横方向断面I−Iの断面図を示す。シールガス噴出ノズル15の先端部のシールガス噴出スリット17の先端部には仕切り18が設けてあり、半径方向に放射状にシールガス20を噴出してシール膜10を形成するようにできる。ガス化部3で生成したガスに搬送され、絞り部7を通過する石炭中の灰分等の粒子は、ガス化部3で生成したガスから与えられる旋回力や壁面方向の慣性力により絞り部7付近の壁面に接近するが、シール膜10により、旋回力や壁面方向の慣性力を弱められた粒子は、絞り部7の壁面に接触せず、絞り部7への粒子付着の抑制が達成される。
【0031】
実施例4を以下説明する。図9に本発明を実施した噴流層石炭ガス化炉の縦方向断面図を示す。本実施例の特徴は絞り部7にガス噴出ノズルを複数段配置し、絞り部7の壁面を保護するシール膜10を形成させるためのシールガス20を噴出するシールガス噴出ノズル15の近傍に、シールガス噴出ノズル15先端を保護するノズルシール用膜11を形成させるためのノズルシール用ガス23を噴出するノズルシール用ガス噴出ノズル16を有し、ノズルの粒子付着が抑制されることである。
【0032】
次に本実施例4の機能について説明する。石炭と酸素はバーナから供給する。上段バーナ14と下段バーナ6はそれぞれ複数を、炉内に旋回流が生ずるように配置し、石炭と酸素を所定の比率でガス化部3に噴出し、石炭をガス化する。ガス化部3内のガスの温度は1200から1800度になり、石炭中の灰分は溶融し、その大部分が重力によりガス化部3の下方に設置した溶融灰急冷室4内の冷却水5に流下し、急冷,固化,粉砕されたのち回収される。また、一部は、ガス化部3で生成したガスに搬送され、旋回しながら、絞り部7を通過し、炉上部2に到達する。炉上部2では、絞り部7によりガス化部3からの放射伝熱が遮られ、また、炉壁等に配置した伝熱管で熱回収され、生成ガス及び粒子の温度はガス化反応が殆ど進行しない温度まで低下する。シールガス噴出ノズル15からガスタービン40のコンプレッサーで生成した圧縮空気をシールガス20として噴出することにより、絞り部7の壁面にシール膜10が形成する。ガス化部3で生成したガスに搬送され、絞り部7を通過する石炭中の灰分等の粒子は、シール膜
10により、絞り部7の壁面への接触が妨げられ、絞り部7への粒子付着が抑制される。さらに常温の圧縮空気をシールガス20として噴出することにより、絞り部7を通過するガス及び粒子の温度は、ガス化反応が殆ど進行しない温度或いは粘着性粒子の粘着力が殆ど消失する温度まで低下する。粘着力を失った粒子は絞り部7の壁面へ付着せず、絞り部7への付着が抑制される。また、絞り部壁面を保護するためのシールガス噴出ノズル15の近傍に設置したノズルシール用ガス噴出ノズル16から、ノズルシール用ガス23をシールガス噴出ノズル15の下方に噴出する。ノズルシール用ガス23はガス化部3から旋回しながら流出するガスにより、絞り部7の壁面に沿って上昇する。これにより、ノズルシール用膜11の下端はシールガス噴出ノズル15の下方に位置する。これによりシールガス噴出ノズル15付近の壁面はノズルシール用膜11に覆われ、シールガス噴出ノズル15近傍では粒子は壁面から離れた位置を通る。シールガス噴出ノズル15から灰の粘着性が消失する所定の温度のシールガス20を噴出することにより、粘着性粒子は壁面から離れた位置で急冷され、粘着性の消失した粒子になるため、粒子が絞り部7壁面及びシールガス噴出ノズル15近傍の壁面に堆積し、絞り部を閉塞することが抑制される。
【0033】
図10に本発明の実施例5のシステム構成図を示す。全体は石炭ガス化炉1,ガスタービン40,スチームタービン45などから構成される。石炭ガス化炉1で生成したガスは脱塵装置30,脱硫装置35を通過することで生成ガス中のダスト,硫黄分が除去され、ガスタービン40で燃焼し発電する。この排ガスが排熱回収ボイラ43を通過してスチームを生成してスチームタービン45で発電する。ガスタービン40のコンプレッサーで生成した圧縮空気は酸素製造装置50に送られて窒素と酸素に分離され、窒素は石炭ホッパー12での加圧用窒素として使われ、酸素はガス化用の酸化剤として使用される。また、冷却されたのち、ダスト及び硫黄分が除去された生成ガスの一部は、リサイクルガスとして、ガス化炉絞り部の近傍に設置したシールガス噴出ノズル15から噴出される。本実施例の特徴は、リサイクルガスの成分は生成ガスとほぼ同一であるから、リサイクルガスは生成ガスの成分をほとんど変化することなく、絞り部にシール膜を形成するとともに生成ガスを冷却し、絞り部の灰付着を抑制することである。
【0034】
図11に本発明の実施例6のシステム構成図を示す。全体は石炭ガス化炉1,ガスタービン40,スチームタービン45などから構成される。石炭ガス化炉1で生成したガスは脱塵装置30,脱硫装置35を通過することで生成ガス中のダスト,硫黄分が除去され、ガスタービン40で燃焼し発電する。この排ガスが排熱回収ボイラ43を通過してスチームを生成してスチームタービン45で発電する。ガスタービン40のコンプレッサーで生成した圧縮空気は酸素製造装置50に送られて窒素と酸素に分離され、窒素は石炭ホッパー12での加圧及びパージ用の窒素として使われ、酸素はガス化用の酸化剤として使用される。また、窒素の一部は、ガス化炉絞り部の近傍に設置したシールガス噴出ノズル15から噴出される。本実施例の特徴は、不活性な窒素ガスを噴出するため、生成したガスと反応せず、生成ガスを消費することを抑制できること、また酸素製造装置で分離された窒素ガスを用いるため、窒素ガス製造用の装置が省略され、システムが簡略化されるところにある。
【0035】
図12に本発明の実施例7のシステム構成図を示す。全体は石炭ガス化炉1,ガスタービン40,スチームタービン45などから構成される。石炭ガス化炉1で生成したガスは脱塵装置30,脱硫装置35を通過することで生成ガス中のダスト,硫黄分が除去され、ガスタービン40で燃焼し発電する。この排ガスが排熱回収ボイラ43を通過してスチームを生成してスチームタービン45で発電する。ガスタービン40のコンプレッサーで生成した圧縮空気は酸素製造装置50に送られて窒素と酸素に分離され、窒素は石炭ホッパー12での加圧用窒素として使われ、酸素はガス化用の酸化剤として使用される。蒸気発生装置60で生成した高圧の蒸気は、ガス化炉絞り部の近傍に設置したシールガス噴出ノズル15から噴出される。本実施例の特徴は、シールガス水蒸気はガス化部で生成した一酸化炭素及び活性化した炭素と反応し、水素に転化し、生成ガス中の水素濃度を高めるとともに、絞り部にシール膜を形成し、生成したガス化ガスを冷却し、絞り部の灰付着を抑制することである。
【0036】
【発明の効果】
本発明により、絞り部での粒子の付着を抑制し、該絞り部の閉塞を抑制し、長時間連続運転可能な噴流層石炭ガス化炉を供与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1のガス化発電システムの構成図。
【図2】本発明の実施例1のガス化炉の縦方向断面図。
【図3】本発明の実施例1のガス化炉のI−I断面図。
【図4】本発明の実施例1のガス化炉の絞り部の縦方向断面図。
【図5】本発明の実施例1のガス化炉の絞り部での周方向速度分布図。
【図6】本発明の実施例2のガス化炉のI−I断面図。
【図7】本発明の実施例3のガス化炉の縦方向断面図。
【図8】本発明の実施例3のガス化炉のII−II断面図。
【図9】本発明の実施例4のガス化炉の縦方向断面図。
【図10】リサイクルガスをシールガスとして吹き込む方式のガス化発電システムの構成図。
【図11】窒素ガスをシールガスとして吹き込む方式のガス化発電システムの構成図。
【図12】水蒸気をシールガスとして吹き込む方式のガス化発電システムの構成図。
【図13】シールガスノズル本数/石炭バーナ本数と灰付着量の関係図。
【図14】シールガス噴出角度と灰付着量の関係図。
【符号の説明】
1…石炭ガス化炉、2…炉上部、3…ガス化部、4…溶融灰急冷室、5…冷却水、6…下段石炭バーナ、7…絞り部、10…シール膜、11…ノズルシール用膜、12…石炭ホッパー、14…上段石炭バーナ、15…シールガス噴出ノズル、16…ノズルシール用ガス噴出ノズル、17…シールガス噴出部、18…仕切り、20…シールガス、21…石炭、22…酸化剤、23…ノズルシール用ガス、25…容器、26…耐火材、30…脱塵装置、35…脱硫装置、40…ガスタービン、43…排熱回収ボイラ、45…スチームタービン、50…酸素製造装置、60…蒸気発生装置。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a coal gasifier, and more particularly to a coal gasifier suitable for being applied to a coal power plant that generates electric power by supplying gas obtained by gasifying coal to a gas turbine.
[0002]
[Prior art]
The method of converting the energy of coal into electric energy is a method of directly burning and generating electricity from heat energy using steam through a steam turbine, or once converting it to flammable gas and burning it with a gas turbine. There is a method of generating electricity. Generally, the latter is more efficient than the former, and is regarded as promising as a next-generation power generation system. Coal gasifier is the core technology of this next-generation power generation system.
[0003]
A coal gasifier is a device that brings a fuel such as coal into contact with an oxidizing agent such as oxygen or air at a high temperature to generate a combustible gas composed of hydrogen, carbon monoxide, methane, and the like. A spouted bed coal gasifier is one type of this device, which reacts at a high temperature to quickly terminate the reaction and improve the gasification efficiency of the coal, while at the same time being present in the coal. Since the ash is recovered after being melted and separated, harmful metal components present in the coal can be contained, and there is little elution from the ash at the time of disposal, and this is a reactor type with excellent environmental compatibility.
[0004]
In this type of coal gasifier, the gasification reaction is carried out at high temperatures, so the sticky droplets and particles generated by melting the ash in the coal are entrained by the gasification gas and the wall of the device that processes the gasification gas And the like.
[0005]
As a countermeasure, Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-24195 discloses a mechanism in which a gas is blown out between a gasification furnace outlet having an inner diameter smaller than the inner diameter of the gasification furnace and a gasification gas cooling unit, and the mechanism is accompanied by the generated gas. The adhesive force of the adhered adhesive particles is eliminated, and the adhesion of the particles to the heat recovery section is suppressed. Also, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-239797, gas is injected into a diffuser portion whose inner diameter is increased between a gasifier outlet having an inner diameter smaller than the inner diameter of the gasifier and a gasification gas cooling section. A mechanism to reduce the amount of particles attached to the heat recovery unit is provided. Also, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-38492, a gas injection nozzle is provided radially in a radial direction between a gasification furnace outlet having an inner diameter smaller than the inner diameter of the gasification furnace and a gasification gas cooling unit. A ring is provided to prevent particles from adhering to the heat recovery section.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional spouted bed coal gasifier described above, adhesion of ash and the like to the wall surface of the heat recovery chamber has been a problem, and measures have been proposed. However, it was found that ash adhered to the narrowed portion between the gasification section and the heat recovery chamber, which led to blockage of the narrowed portion. This problem cannot be solved by the conventional technology. That is, no countermeasures are taken in the vicinity of the restriction in the upper part of the gasification furnace, and therefore, ash adhesion in the vicinity of the restriction in the upper part of the gasification furnace becomes a problem.
[0007]
An object of the present invention is to provide a spouted bed coal gasification furnace in which ash is prevented from adhering to a throttle section communicating from a gasification section to a heat recovery section.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Of the present invention Spouted bed The coal gasifier includes a gasification unit for gasifying coal, a throttle unit at the top of the gasification unit, the inner diameter of which is reduced, a furnace outlet at the top of the throttle unit to discharge gas, The throttle section in the gasification section Bottom of Means for ejecting a gas for sealing.
[0009]
[Action]
According to the above configuration, the fuel such as coal and the oxidant such as oxygen supplied from the coal burner react in the cylindrical gasification unit and flow to the heat recovery unit. When the seal gas is ejected from a seal gas ejection nozzle that is located at an upper portion of the gasification section and has an inner diameter gradually reduced from the gasification section and that ejects a gas that protects a wall surface of the throttle section, the seal gas is discharged. Due to the flow of the gas flowing out of the gasification unit, the pressure rises along the wall surface of the throttle unit to form a seal film on the wall surface of the throttle unit. Particles including sticky droplets such as coal ash generated in the gasification section are conveyed to the gas flow flowing out of the gasification section. In the constricted portion, the particles approach the wall surface due to the inertial force of the particles. However, the adhesion of the particles to the wall surface of the constricted portion is suppressed by the seal film formed on the wall surface of the constricted portion, thereby suppressing the blockage of the constricted portion.
[0010]
In addition, a coal burner is arranged in a cylindrical gasification section to form a swirling flow, and when a fuel such as coal and an oxidizing agent such as oxygen are supplied, the gas generated in the gasification section turns while recovering heat. Flows to the department. When the seal gas is blown from a plurality of seal gas ejection nozzles radially installed in the radial direction, the seal gas moves in the wall direction by the swirling force of the generated gas, and is weaker than the gasification unit swirl on the wall of the throttle unit. A turned seal film can be formed. The particles are conveyed and swirled into the gas stream flowing out of the gasification section. Although the particles approach the wall surface due to centrifugal force, the centrifugal force is weakened by the weakly-turned seal film formed on the wall surface of the constricted portion, and the particles do not approach the wall surface of the constricted portion, preventing the particles from adhering to the wall surface of the constricted portion. Thus, suppression of blockage of the constricted portion is achieved.
[0011]
In addition, if the gas ejection nozzle for sealing the wall of the throttle portion is arranged obliquely downward, the seal gas is ejected below the seal gas ejection nozzle, and is swirled from the gasification section to the wall by the swirling force of the gas flowing out. The seal film that moves and flows along the wall surface of the throttle unit and covers the seal gas ejection nozzle is formed to protect the wall surface of the throttle unit. Thereby, adhesion of particles near the seal gas ejection nozzle is suppressed, and suppression of blockage of the seal gas ejection nozzle is achieved.
[0012]
In addition, by blowing a quench gas at a temperature at which the adhesiveness of the sticky particles is attenuated or eliminated from the gas ejection nozzle for sealing the wall surface of the narrowed portion, the adhesion of the particles at the narrowed portion is suppressed and the adhesiveness of the sticky particles is reduced. Is attenuated or lost.
[0013]
Further, when a plurality of gas ejection nozzles are arranged in the throttle unit, the quench gas for cooling the gas generated in the gasification unit is jetted from one side, and the sealing gas for protecting the wall surface of the throttle unit is jetted from the other side. A seal film is formed in the vicinity of the quench gas ejection nozzle to prevent the highly adhesive particles from approaching the quench gas ejection nozzle, and the highly adhesive particles are cooled and solidified in the vicinity of the quench gas ejection nozzle. In addition, the deposition is suppressed, and the blockage of the quench gas ejection nozzle is suppressed.
[0014]
Furthermore, when a part of the compressed air sent to the combustor of the gas turbine is blown as a seal gas on the wall of the gasification furnace throttle part, the compressed air forms a seal film on the gasification furnace throttle part, and the gasification furnace Suppresses ash adhesion at the throttle. At the same time, the seal gas generator and the gas turbine compressor can be integrated, and the system can be simplified.
[0015]
When the steam generated by the steam generator is blown in as a seal gas on the wall of the throttle, the steam reacts with the carbon monoxide and activated carbon generated in the gasification section, and is converted into hydrogen, and the The hydrogen concentration can be increased, and a seal film is formed on the narrowed portion to suppress ash adhesion on the narrowed portion.
[0016]
In addition, when the dust-removed and cooled recycle gas is blown in as a seal gas for the wall of the throttle section, the components of the recycle gas are almost the same as the product gas. Forms a seal film on the constricted portion and suppresses ash adhesion on the constricted portion.
[0017]
In addition, the apparatus having the above-described configuration having a plurality of seal gas ejection nozzles in which the tip of the gas ejection section is the smallest and having the same inner diameter of the tip of the gas ejection section is largely affected by the tip where the pressure loss is maximized. Therefore, it is possible to supply an equal amount of seal gas, and it is possible to form a seal film having a uniform thickness in the narrowed portion.
[0018]
According to the above configuration, the oxidizing agent and a fuel such as coal cause a gasification reaction in the gasification section to generate a high-temperature coal gasification gas. Therefore, it is necessary to be made of a material having high heat resistance, for example, ceramics.
[0019]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described.
[0020]
FIG. 1 shows a system configuration diagram of
[0021]
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the spouted bed coal gasifier according to the first embodiment of the present invention. The entire gasification furnace is constituted by a
[0022]
Next, the function of the first embodiment will be described. Coal and oxygen are supplied by burners. A plurality of
[0023]
FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along a horizontal section II of the spouted bed coal gasifier according to the first embodiment of the present invention. By having a plurality of seal
[0024]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the throttle portion of the spouted bed coal gasifier according to the first embodiment of the present invention. The seal gas ejection nozzle is configured such that the gas ejection portion at the nozzle tip is the thinnest. For this reason, in the seal gas supply system, since the pressure loss at this portion is the highest, the supply amount from any of the seal gas ejection nozzles is equalized by equalizing the inner diameter of the gas ejection portion at the nozzle tip. be able to.
[0025]
FIG. 5 shows the relationship between the radial distance in the vicinity of the
[0026]
[0027]
Next, the function of the second embodiment will be described. By having a plurality of seal
[0028]
[0029]
Next, the function of the third embodiment will be described. Coal and oxygen are supplied by burners. A plurality of the
[0030]
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along a horizontal section II of a spouted bed coal gasifier according to a third embodiment of the present invention. A
[0031]
[0032]
Next, the function of the fourth embodiment will be described. Coal and oxygen are supplied by burners. A plurality of the
By 10, the contact of the narrowed
[0033]
FIG. 10 shows a system configuration diagram of Embodiment 5 of the present invention. The whole is composed of a
[0034]
FIG. 11 shows a system configuration diagram of
[0035]
FIG. 12 shows a system configuration diagram of
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a spouted bed coal gasifier capable of suppressing the adhesion of particles in the narrowed portion, suppressing the blockage of the narrowed portion, and continuously operating for a long time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a gasification power generation system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the gasification furnace according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view taken along line II of the gasification furnace according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of a narrowed portion of the gasification furnace according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a circumferential velocity distribution at a throttle portion of the gasification furnace according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view taken along the line II of the gasification furnace according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a gasification furnace according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view taken along the line II-II of the gasification furnace according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a gasification furnace according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram of a gasification power generation system in which a recycled gas is blown as a seal gas.
FIG. 11 is a configuration diagram of a gasification power generation system in which nitrogen gas is blown as a seal gas.
FIG. 12 is a configuration diagram of a gasification power generation system in which steam is blown as a seal gas.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the number of seal gas nozzles / the number of coal burners and the amount of deposited ash.
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a seal gas ejection angle and an ash adhesion amount.
[Explanation of symbols]
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