JP4645953B2 - 流動床ガス化装置及び石炭ガス化複合発電システム - Google Patents
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Description
なお、図3の左側の図は図2と同様、ガス化炉の要部断面図であって、図3の右側の図は図3の左側の図に対応した位置におけるガス化炉内の温度を示すグラフである。図3の右側の図において、左側の細い実線の傾きが下側(+1500mmよりも下の領域)と上側とで異なる理由は、下側では、炉の底部から急激に多量の酸素を含んだガスが流し込まれることにより燃焼が促進されるとともに、炉径が上側に比べて小さいので温度差がつきやすく、温度勾配が急になり、一方、上側では、炉径が拡径し、炉の底部から流し込まれた酸素が燃焼に使われて酸素濃度が低くなり、発熱量が少なくなって、温度勾配が緩やかになるからである。
ガス化炉内や、石炭、流動床を形成するためのガス、石炭を燃焼させる酸素を含む燃焼ガス等を供給する配管内等に凝集粒子が形成されると、それらの供給や装置内での物質流動がうまくいかず、適正な温度調節や流動床形成、燃料の燃焼等が困難になってしまう。
更に、生成した凝集粒子を除去するために、装置を長時間停止する必要が生じてしまう。
請求項1に記載の流動床ガス化装置は、固体燃料と酸素を含むガスが供給され、前記固体燃料をガス化し燃料ガスを発生させるガス化炉と、前記ガス化炉で発生した燃料ガスおよび炭酸カルシウムを含有する脱硫剤が供給され、燃料ガスと脱硫剤中の炭酸カルシウムの接触反応により燃料ガス中に含まれる硫化水素を硫化カルシウムとして除去する脱硫炉と、前記ガス化炉から排出されたガス化残渣、前記脱硫炉から排出された脱硫剤、および酸素を含むガスとが供給され、酸素を含むガスによりガス化残渣を燃焼させるとともに脱硫剤中の硫化カルシウムを酸素との反応により硫酸カルシウムに転換させる酸化炉と、を具備する流動床ガス化装置であって、前記ガス化炉の底部に、当該ガス化炉の内部に酸素を含むガスを供給する第1のガス供給手段が設けられているとともに、前記ガス化炉の胴体部に、当該ガス化炉内の流動床層内に酸素を含むガスを供給する第2のガス供給手段が、前記胴体部の高さ方向において異なる位置に設けられており、前記第2のガス供給手段と略同一の高さに、前記ガス化炉の内部温度を測定する温度センサがそれぞれ設けられているとともに、これら温度センサからの信号に基づいて、前記第2のガス供給手段から前記ガス化炉の内部に供給されるガスの量をそれぞれ制御する制御手段が設けられていることを特徴とする。
このような流動床ガス化装置によれば、ガス化炉の胴体部、すなわち、第1のガス供給手段よりも鉛直上方に少なくとも一つの第2のガス供給手段が設けられており、この第2のガス供給手段を介して炉内の流動床層内に酸素を含むガスが供給され、燃料ガスが燃焼して、胴体部内部における流動床の温度が上昇する。これにより、流動床層内の温度差が低減される(温度が均一化される)とともに、ガス化炉の底部における流動床の温度を従来よりも低くすることができ、凝集粒子(アグロメレーション粒子)の形成が抑制されることになる。「固体燃料」としては、石炭が好適である。
また、このような流動床ガス化装置によれば、流動床の高さ方向において流動床層内の温度差が低減される。
さらに、このような流動床ガス化装置によれば、第2のガス供給手段に対応して設けられた各温度センサからの信号に基づいて、第2のガス供給手段からガス化炉の胴体内部に供給されるガス量がそれぞれ制御手段により逐一調整されることになり、更に流動床の高さ方向において流動床層内の温度差が低減される。
このような石炭ガス化複合発電システムによれば、凝集粒子の発生を防止することのできる流動床ガス化装置を具備しているので、石炭ガス化複合発電システムが常に良好な状態で運転され、システムの稼働率が向上するとともに、運転コストの低減が図られることとなる。
ガス化炉の底部とガス化炉の中間部との温度差を低減させることができて、ガス化炉の底部における温度を従来のように上げる必要がなくなるので、凝集粒子の発生を抑制することができて、温度調節や流動床形成、燃料の燃焼等を良好な状態に維持することができる、
また、生成した凝集粒子を除去するために、装置を長時間停止する必要がなくなり、装置の稼働率を向上させることができる。
さらに、流動床の温度を上げるために、多量の燃料を使用する必要もなくなるので、運転コストを低減させることができる。
図1に示すように、本実施形態に係る石炭ガス化複合発電システム1は、ガス化炉(「部分ガス化炉」とも呼ばれる)2、脱硫炉3、および酸化炉4からなる流動床ガス化装置6と、生成ガス冷却器7と、第1のサイクロン8と、精密脱塵装置9と、空気圧縮機10と、ガスタービン燃焼器11と、ガスタービン12と、ガスタービン付き発電機12aと、排熱回収ボイラ13と、煙突14と、復水器15と、蒸気タービン16と、蒸気タービン付き発電機16aと、第2のサイクロン17とを主たる要素として構成されたものである。
ガス化炉2は、石炭を石炭ガス化ガス(以下、「燃料ガス」という)に転換するためのものであって、このガス化炉2では、石炭と空気および酸化炉4からの燃焼ガスが供給され、石炭のガス化により、COやCH4およびH2を可燃成分とする燃料ガスとチャーが生成される。なお、チャーとは石炭をガス化した際に残存する炭素質多孔材(未燃炭素および灰分を含む)のことである。
また、図2に示すように、ガス化炉2内の、各ノズル2bの先端、すなわち、各ノズル2bのガス吹き出し口と略同じ高さにそれぞれ、炉内の温度(すなわち、流動床の温度)を測定する温度センサ5aが設けられ、かつこれら温度センサ5aからの信号に基づいて各ノズル2bから吹き出されるガスの量を調節(制御)する制御器(制御手段)5bが設けられている。
1)CaCO3→CaO+CO2(カルシネーション反応)
2)CaO+H2S→CaS+H2O
また、CaSはそのまま排出すると大気中では吸湿しH2Sを発生するため、酸化炉4で処理される。
酸化炉4はチャーを燃焼させるとともに、CaSを酸化させるものであって、酸化炉4では、ガス化炉2から供給されるチャーの燃焼および脱硫炉3から供給されるCaSの酸化(石膏化(CaCO4化))が行われる。燃焼ガスはガス化炉2へ供給され、石炭灰および石膏は酸化炉4から排出される。
まず、ガス化炉2に石炭と酸化ガス(空気)を供給すると、ガス化炉2において、石炭が酸化ガス中の酸素と、酸化炉4からの燃焼ガスによりガス化される。これによって、石炭が燃料ガスとチャーとに転換される。生成したチャーは酸化炉4に送られる。次いで、燃料ガスは、脱硫炉3に送られる。脱硫炉3においては、石灰石が供給されて石灰石の流動床が形成され、燃料ガスは、その流動床の流動化ガスの役割を果たす。ここで、燃料ガス中の硫黄分(H2S及びCOS)が石灰石中にCaSとして固定され脱硫が行われる。残存する脱硫剤であるCaSを含む石灰石は、酸化炉4に送られる。石灰石の抜き出し量は、図示しない脱硫剤移送装置により調整することができる。
これにより、ガス化炉2の底部における温度を従来のように上げておく必要がなくなるので、凝集粒子の発生を抑制することができて、温度調節や流動床形成、燃料の燃焼等を良好な状態に維持することができる、
更に、生成した凝集粒子を除去するために、装置を長時間停止する必要がなくなり、装置の稼働率を向上させることができる。
2 ガス化炉
2a ガス供給路(第1のガス供給手段)
2b ノズル(第2のガス供給手段)
3 脱硫炉
4 酸化炉
5a 温度センサ
5b 制御器(制御手段)
6 流動床ガス化装置
Claims (2)
- 固体燃料と酸素を含むガスが供給され、前記固体燃料をガス化し燃料ガスを発生させるガス化炉と、
前記ガス化炉で発生した燃料ガスおよび炭酸カルシウムを含有する脱硫剤が供給され、燃料ガスと脱硫剤中の炭酸カルシウムの接触反応により燃料ガス中に含まれる硫化水素を硫化カルシウムとして除去する脱硫炉と、
前記ガス化炉から排出されたガス化残渣、前記脱硫炉から排出された脱硫剤、および酸素を含むガスとが供給され、酸素を含むガスによりガス化残渣を燃焼させるとともに脱硫剤中の硫化カルシウムを酸素との反応により硫酸カルシウムに転換させる酸化炉と、を具備する流動床ガス化装置であって、
前記ガス化炉の底部に、当該ガス化炉の内部に酸素を含むガスを供給する第1のガス供給手段が設けられているとともに、前記ガス化炉の胴体部に、当該ガス化炉内の流動床層内に酸素を含むガスを供給する第2のガス供給手段が、前記胴体部の高さ方向において異なる位置に設けられており、
前記第2のガス供給手段と略同一の高さに、前記ガス化炉の内部温度を測定する温度センサがそれぞれ設けられているとともに、これら温度センサからの信号に基づいて、前記第2のガス供給手段から前記ガス化炉の内部に供給されるガスの量をそれぞれ制御する制御手段が設けられていることを特徴とする流動床ガス化装置。 - 請求項1に記載の流動床ガス化装置を具備してなることを特徴とする石炭ガス化複合発電システム。
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JP2005279566A JP4645953B2 (ja) | 2005-09-27 | 2005-09-27 | 流動床ガス化装置及び石炭ガス化複合発電システム |
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