JP5046884B2 - 高粘結性炭用バーナ及びガス化炉 - Google Patents

高粘結性炭用バーナ及びガス化炉 Download PDF

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Description

本発明は、石炭ガス化複合発電設備の固体燃料ガス化炉等に適用される高粘結性炭用バーナ及びガス化炉に関する。
従来、石炭火力プラントの発電効率向上を目的として、いわゆる石炭ガス化複合発電プラント（ＩＧＣＣ；Integrated Coal Gasification Combined Cycle）が開発・実用化されている。この石炭ガス化複合発電プラント（以下、「ＩＧＣＣ」と呼ぶ）は、石炭をガス化して得られる石炭ガスを燃料として運転及び発電されるガスタービン発電機と、ガスタービンより排出される高温の燃焼排ガスから排熱回収ボイラで熱回収して得られる蒸気により運転及び発電される蒸気タービン発電機とを具備した構成とされる。
このようなＩＧＣＣにおいて、石炭ガスを生成するガス化炉への燃料供給は、窒素、二酸化炭素、空気等の気流を搬送ガスとして粒子状に粉砕された固体燃料がバーナまで搬送され、バーナからガス化炉の内部へ噴射して供給されるようになっている。一方、ガス化炉は、システムの構成及びガス化炉内の反応面から、内部圧力を高く設定した高圧運転がなされている。
このような高圧運転を行うため、高圧運用されるガス化炉は圧力容器とされ、この圧力容器の壁面を貫通するバーナは、固体燃料（微粉炭、石油コークス等）及びガス化剤（空気、酸素、水蒸気等）が同一配管内に収納されている。
図１０は、ガス化炉のバーナ部を拡大した従来構造例であり、圧力容器としたガス化炉１０の周壁（炉壁）１１を貫通して高粘結性炭用バーナ（以下、「バーナ」と呼ぶ）１２が取り付けられている。このバーナ１２は、内側の固体燃料流路１３と外側のガス化剤流路１４とを同心に配置した二重管構造とされる。
固体燃料流路１３は、粒子状に粉砕された固体燃料を供給する高圧燃料供給装置１５と燃料供給配管１６を介して接続されている。また、高圧燃料供給装置１５には、流量制御装置１７により流量制御された搬送ガスが供給される。従って、固体燃料流路１３は、高圧燃料供給装置１５で所望の供給量に調整された固体燃料を、流量制御装置１７で所望の流量に調整された搬送ガスによりガス化炉１０の内部へ供給する。すなわち、粒子状の固体燃料は、搬送ガスの気流により搬送されてガス化炉１０の内部に供給される。
ガス化剤流路１４は、ガス化剤を供給するガス化剤供給配管１８と接続され、図示しない流量制御装置により所望の供給量に調整されたガス化剤を、ガス化炉１０の内部へ供給する。
このようにして、ガス化炉１０の内部に固体燃料、搬送ガス及びガス化剤が供給されることにより、ガス化炉１０の内部で所定の処理を施された固体燃料がガス化され、次工程のガス精製設備に供給される。
他の従来技術としては、石炭等の炭素微粉原料をガス化原料とし、窒素ガス等のガス化原料の搬送ガス及び酸素や空気等の酸化剤を用い、炭素微粉原料灰の溶融点以上の温度で原料をガス化する噴流層方式の微粉原料ガス化装置において、ガス化原料の搬送ラインがガス化装置内に供給される出口部近傍の上流側に、窒素ガス、炭酸ガス、不活性ガス等のガスを搬送ライン出口部に向けて噴出し、ガス化原料と合流させるためのガス噴出ノズルを設けることが公知である。このガス噴出ノズルは、ガス化原料搬送ラインの出口部に付着したスラグ等を吹き飛ばすものであり、バーナ出口部に付着物のない状態を常に保つことができるとされる。（たとえば、特許文献１参照）
また、微粉炭等の固体燃料と空気等の気体の混合体を燃料として燃焼する微粉固体燃料燃焼装置において、燃料２次空気の一部または風箱外から供給される圧縮空気を気流として吹き込む補助混合ノズルを設けることにより、混合気ノズルの摩耗低減及び燃料の付着堆積を防止する技術が開示されている。（たとえば、特許文献２参照）
特公平８−３３６１号公報（第１図参照） 特許第３７９０４８９号公報
上述した図１０の従来技術によれば、固体燃料をガス化するガス化炉１０が高圧運用されることにより、気流搬送される固体燃料の粒子間距離は近い状態にある。すなわち、固体燃料流路１３内を気流搬送される固体燃料は、空間への固体燃料充填率が非常に高い状態にある。
一方、固体燃料流路１３とガス化剤流路１４とを同心二重配管構造としたバーナ１２においては、両流路１３，１４間の熱伝達率が高くなるため、高温側のガス化剤により低温側の固体燃料を加熱する熱量が大きくなる。
このため、ガス化剤から加熱を受ける固体燃料の粒子温度が高くなり、温度上昇した固体燃料の粒子が溶融・膨張する。このとき、固体燃料の粘結性が高い場合には、溶融・膨張した固体燃料の隣接粒子どうしがアグロメして燃焼不良になったり、あるいは、溶融・膨張した固体燃料が固体燃料流路１３の内壁面に付着してバーナ１２を閉塞させるという問題が起こりうる。なお、このような問題の発生は、微粉炭や石油コークス等の固体燃料だけでなく、たとえば油残渣及びプラスチック等のように粘結性の高い他の固体燃料を使用するガス化炉のバーナにおいても同様である。
このように、粘結性の高い固体燃料をガス化するガス化炉に用いられる高粘結性炭用バーナにおいては、固体燃料流路及びガス化剤流路を同心二重配管構造としたバーナ内の熱伝達により、固体燃料粒子が温度上昇して溶融・膨張することにより生じる問題の解決が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固体燃料流路及びガス化剤流路を二重配管構造とした高粘結性炭用バーナにおいて、バーナ内の熱伝達により高粘結性固体燃料の粒子が温度上昇して溶融・膨張することを防止または抑制し、ガス化炉の安定した運転を可能にする高粘結性炭用バーナ及びガス化炉を提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の請求項１に係る高粘結性炭用バーナは、粒子状に粉砕された高粘結性の固体燃料をガス化するガス化炉の炉壁を貫通して取り付けられ、前記固体燃料を気流搬送によりガス化炉内へ供給する固体燃料流路と、ガス化剤をガス化炉内へ供給するガス化剤流路とが二重管構造に配設されている高粘結性炭用バーナにおいて、前記固体燃料流路の閉塞状態を検知する閉塞状態検知手段を設け、該閉塞状態検知手段が所定の閉塞状態を検出した場合、前記固体燃料の温度低減処理が実施され、前記閉塞状態検知手段は、前記固体燃料流路のバーナ入口と、該バーナ入口より下流側の適所との間の差圧を検出し、該差圧から換算される流量損失係数が所定値以上まで増加した場合に閉塞状態を検出したと判断することを特徴とするものである。
このような高粘結性炭用バーナによれば、固体燃料流路の閉塞状態を検知する閉塞状態検知手段を設け、該閉塞状態検知手段が所定の閉塞状態を検出した場合、固体燃料の温度低減処理が実施されるので、固体燃料流路の流路閉塞進行状況に応じて流路閉塞の原因となる固体燃料温度を低減し、高粘結性固体燃料の粒子が温度上昇することによる溶融・膨張を防止または抑制することができる。
また、閉塞状態検知手段が、固体燃料流路のバーナ入口と、該バーナ入口より下流側の適所との間の差圧を検出し、該差圧から換算される流量損失係数が所定値以上まで増加した場合に閉塞状態を検出したと判断するので、ガス化炉の圧力、固体燃料の流量及び搬送ガスの流量によって変化する差圧を換算して得られる流量損失係数から、固体燃料流路の流路閉塞状況を確実に判断することができる。
本発明の請求項２に係る高粘結性炭用バーナは、粒子状に粉砕された高粘結性の固体燃料をガス化するガス化炉の炉壁を貫通して取り付けられ、前記固体燃料を気流搬送によりガス化炉内へ供給する固体燃料流路と、ガス化剤をガス化炉内へ供給するガス化剤流路とが二重管構造に配設されている高粘結性炭用バーナにおいて、前記固体燃料流路の閉塞状態を検知する閉塞状態検知手段を設け、該閉塞状態検知手段が所定の閉塞状態を検出した場合、前記固体燃料の温度低減処理が実施され、前記閉塞状態検知手段は、バーナ入口と該バーナ入口より下流側の適所との間で検出した第１の差圧と、前記固体燃料流路の上流側に接続される燃料供給配管に設定した任意の区間で計測される第２の差圧との差圧比から換算される流量損失係数が所定値以上に増加した場合に閉塞状態を検出したと判断することを特徴とするものである。
このような高粘結性炭用バーナによれば、固体燃料流路の閉塞状態を検知する閉塞状態検知手段を設け、該閉塞状態検知手段が所定の閉塞状態を検出した場合、固体燃料の温度低減処理が実施されるので、固体燃料流路の流路閉塞進行状況に応じて流路閉塞の原因となる固体燃料温度を低減し、高粘結性固体燃料の粒子が温度上昇することによる溶融・膨張を防止または抑制することができる。
また、閉塞状態検知手段が、バーナ入口と該バーナ入口より下流側の適所との間で検出した第１の差圧と、固体燃料流路の上流側に接続される燃料供給配管に設定した任意の区間で計測される第２の差圧との差圧比から換算される流量損失係数が所定値以上に増加した場合に閉塞状態を検出したと判断するので、ガス化炉の圧力、固体燃料の流量及び搬送ガスの流量による影響を受けない差圧比により得られる流量損失係数から、固体燃料流路の流路閉塞状況を確実に判断することができる。
上記の発明において、前記温度低減処理は、前記気流搬送の搬送ガス量を増加させる制御信号の出力であることが好ましく、これにより、固体燃料流路内における固体燃料及び搬送ガスの滞留時間が低減されるため、固体燃料と高温のガス化剤との交換熱量を低減することができる。
上記の発明において、前記温度低減処理は、前記ガス化剤の温度を低下させる制御信号の出力であることが好ましく、これにより、加熱側となるガス化剤温度の低下により固体燃料流路内を流れる固体燃料及び搬送ガスとの温度差が低減されるため、固体燃料と高温のガス化剤との交換熱量を低減することができる。
上記の発明において、前記温度低減処理は、前記気流搬送の搬送ガス量を増加させる制御信号の出力と、前記ガス化剤の温度を低下させる制御信号の出力との併用であることが好ましく、これにより、固体燃料流路内における固体燃料及び搬送ガスの滞留時間低減、そして、ガス化剤の温度と固体燃料流路内を流れる固体燃料及び搬送ガスとの温度差低減
とにより、固体燃料と高温のガス化剤との交換熱量低減をより一層効率よく実施することができる。
上記の発明において、前記温度低減処理は、前記固体燃料流路の内壁面温度を検出し、該内壁面温度を前記固体燃料の粘結性に応じて定まる設定温度以上とならないように監視する上限監視手段を備えていることが好ましく、これにより、流路閉塞の問題が生じない最も高い温度で効率のよい運転が可能になる。
本発明のガス化炉は、粒子状にした高粘結性炭等の固体燃料を気流搬送によりガス化炉内へ供給し、ガス化剤とともに高圧環境下でガス化処理する圧力容器のガス化炉が、請求項１から６のいずれか１項に記載の高粘結性炭用バーナを備えていることを特徴とするものである。
このようなガス化炉によれば、上述した高粘結性炭用バーナを備えているので、高粘結性炭用バーナにおける固体燃料流路の流路閉塞進行状況に応じて流路閉塞の原因となる固体燃料温度を低減し、高粘結性固体燃料の粒子が温度上昇することによる溶融・膨張を防止または抑制することができる。
上述した本発明によれば、粘結性の高い固体燃料をガス化するガス化炉に用いられる高粘結性炭用バーナにおいて、固体燃料流路及びガス化剤流路を同心二重配管構造としたバーナ内の熱伝達により固体燃料粒子が温度上昇し、固体燃料粒子が溶融・膨張することを防止または抑制できるようになる。従って、高粘結性の固体燃料が温度上昇して溶融・膨張した隣接粒子どうしがアグロメして燃焼不良の原因になったり、あるいは、固体燃料流路の内壁面に付着して閉塞させることを防止できるので、高粘結性炭用バーナ及びガス化炉の安定した運転が可能になる。また、高粘結性炭用バーナ及びガス化炉に使用できる粘結性の高い固体燃料について、適用範囲を拡大することも可能になる。
以下、本発明に係る高粘結性炭用バーナ及びガス化炉の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図２は、石炭ガス化複合発電プラント（ＩＧＣＣ）の概要を示すブロック図である。このＩＧＣＣは、石炭（固体燃料）をガス化して得られる石炭ガスを燃料として発電する複合発電設備である。すなわち、ＩＧＣＣは、石炭等の固体燃料を乾燥させて粉砕し、粒子状の固体燃料とする固体燃料乾燥粉砕装置１と、粒子状の固体燃料を搬送ガスによる気流搬送をして供給する高圧燃料供給装置２と、ガス化炉の内部に気流搬送された固体燃料及びガス化剤の供給を受けることにより、固体燃料をガス化して石炭ガス化ガスを得るガス化炉設備３と、ガス化炉設備３で生成された石炭ガス中に含まれる不純物等を除去して精製するガス精製設備４と、ガスタービン発電機及び蒸気タービン発電機よりなる複合発電設備５とを主な構成要素としている。
ガスタービン発電機は、精製された石炭ガスを燃料としてガスタービンを運転し、ガスタービンの軸出力により駆動されて発電を行う発電機である。
蒸気タービン発電機は、ガスタービン発電機のガスタービンから排出された高温の燃焼排ガスを排熱回収ボイラに導入し、燃焼排ガスから熱回収して得られた蒸気のエネルギを用いて運転される蒸気タービンの軸出力により駆動されて発電を行う発電機である。
＜第１の実施形態＞
上述したＩＧＣＣのガス化炉設備３には、図１に示すように、圧力容器のガス化炉１０が設けられている。このガス化炉１０には、圧力容器を構成する炉壁である周壁１１を貫通して、高粘結性炭用バーナ（以下、「バーナ」と呼ぶ）１２が取り付けられている。
バーナ１２は、内側に配置した固体燃料流路１３と外側に配置したガス化剤流路１４とが同心の二重管構造とされる。
固体燃料流路１３は、粒子状に粉砕された高粘結性の固体燃料をガス化炉１０内へ供給する燃料供給流路である。この固体燃料流路１３は、燃料供給配管１６を介して高圧燃料供給装置１５に接続されている。
高圧燃料供給装置１５は、粒子状に粉砕された固体燃料の供給を受け、所望の固体燃料供給量を搬送ガスを用いた気流搬送によってガス化炉１０へ供給するための装置である。この高圧燃料供給装置１５には、流量制御装置１７及び搬送ガス供給配管１９を介して、搬送ガスが供給されるようになっている。なお、この場合の気流搬送に使用可能な搬送ガスとしては、窒素、二酸化炭素及び空気等がある。
ガス化剤流路１４は、ガス化剤供給配管１８を介してガス化剤供給源（不図示）に接続されている。このガス化剤流路１４は、所望の流量に調整された高温のガス化剤をガス化炉１０の内部に供給する。なお、この場合に使用可能なガス化剤としては、空気、酸素及び蒸気等がある。
このように、バーナ１２は、粒子状に粉砕された高粘結性の固体燃料をガス化するガス化炉１０の周壁（炉壁）１１を貫通して取り付けられ、固体燃料を気流搬送によりガス化炉１０内へ供給する固体燃料流路１３と、ガス化剤をガス化炉内へ供給するガス化剤流路１４とが二重管構造に配設されている。
そして、上述したバーナ１２は、固体燃料流路１３の閉塞状態を検知する閉塞状態検知手段として設けられた閉塞検知装置２０を備えている。この閉塞検知装置２０は、固体燃料流路１３のバーナ入口と、バーナ入口より下流側の適所としてガス化炉１０の内圧との間の差圧Ｐａを検出し、該差圧Ｐａから換算される流量損失係数が所定値以上まで増加した場合に、固体燃料流路１３の閉塞状態を検出したと判断する。図示の例では、固体燃料流路１３のバーナ入口側圧力Ｐ１と、ガス化炉１０の内圧Ｐ２とを検出し、両圧力Ｐ１及びＰ２から差圧Ｐａを算出する。なお、ここで算出する差圧Ｐａについては、ガス化炉１０の内圧Ｐ２に代えて、バーナ出口圧力Ｐ３を採用してもよい。
閉塞検知装置２０が所定の閉塞状態を検出した場合には、固体燃料の温度低減処理が実施される。この温度低減処理は、気流搬送の搬送ガス量を増加させる制御信号を出力することにより、固体燃料流路１３内における固体燃料及び搬送ガスの滞留時間を低減するものである。すなわち、同心二重管構造のバーナ１２において、固体燃料流路１３内を流れる固体燃料の流速を増すことにより、低温側の固体燃料と高温側のガス化剤と間で熱交換する時間が短縮されるため、固体燃料とガス化剤との間の交換熱量は低減される。この結果、固体燃料が周囲を流れる高温のガス化剤に加熱され、固体燃料の粒子が溶融・膨張する温度まで上昇することを防止または抑制できる。
以下、閉塞検知装置２０内で行われる制御例について、図３のフローチャートに基づいて説明する。
最初のステップＳ１で制御がスタートした後には、次のステップＳ２に進んで「運転継続か？」について判断を行う。この結果、ガス化炉１０の運転を継続するＹＥＳの場合には、次のステップＳ３に進んで差圧Ｐａを検出する。この場合の差圧Ｐａは、固体燃料流路１３のバーナ入口側圧力Ｐ１及びガス化炉１０の内圧Ｐ２を検出して得られるものである。なお、ステップＳ２において、ガス化炉１０の運転を継続しないＮＯの場合には、次のステップＳ８に進んで制御を終了する。
ステップＳ３で検出した差圧Ｐａは、次のステップＳ４において流路損失係数λに換算される。すなわち、固体燃料の粒子を気流搬送する場合、差圧Ｐａはガス化炉１０の内部圧力、固体燃料の流量及び搬送ガスの流量によって変化するので、固体燃料流路の流路閉塞状況を確実に判断するためには、差圧Ｐａを換算して得られる流路損失係数λに基づいた判断が望ましい。この流路損失係数λは、固気二相流の圧力損失を求める公知の数式に使用される値である。すなわち、上述した差圧Ｐａは圧力損失に相当する値であるから、この圧力損失を求める公知の数式及び差圧Ｐａの検出値から、実際のバーナ１２における流路損失係数λを算出することができる。
ステップＳ４で算出された流路損失係数λは、次のステップＳ５において「流路損失係数は所定値以上か？」について判断される。この結果、流路損失係数λが所定値以上に大きいＹＥＳの場合には、固体燃料流路１３を流れる固体燃料及び搬送ガスの固気二相流において、所定値以上に大きな圧力損失が生じていると判断することができる。すなわち、固体燃料流路１３の内壁面に固体燃料が付着して流路断面積が狭められるなど、固気二相流の圧力損失が増す状況になっていると判断できるので、次のステップＳ６に進んで搬送ガス流量の増加指令を出力する。なお、ステップＳ５で流路損失係数λが所定値より小さいＮＯの場合には、現状の運転に問題がないと判断し、上述したステップＳ２に進んで同様の制御フローを繰り返す。
ステップＳ６で搬送ガス流量の増加指令が出力されると、次のステップＳ７に進んで搬送ガス流量が増加される。すなわち、流量制御装置１７が増加指令を受けることにより、高圧燃料装置１７へ供給する搬送ガスの流量を増加する操作が行われる。
この結果、固体燃料流路１３内を気流搬送する搬送ガス量が増加し、固体燃料及び搬送ガスが固体燃料流路１３内を流れる流速を増すので、固体燃料が流路内に滞留する時間は低減される。すなわち、固体燃料流路１３内を流れる低温側の固体燃料は、外周を流れる高温のガス化剤から加熱を受ける時間が短縮されるので、固体燃料の温度上昇を防止または抑制することができる。
こうして搬送ガス量を増す制御が行われた後には、再度ステップＳ２に戻り、同様の制御フローを繰り返す。
このような閉塞検知装置２０の制御により、固体燃料流路１３の閉塞状態を検知した場合には、固体燃料の温度低減処理として搬送ガスの流量が増加して流速を増すので、固体燃料流路１３の流路閉塞進行状況に応じて流路閉塞の原因となる固体燃料温度の上昇を低減することができる。従って、高粘結性固体燃料の粒子は、固体燃料の種類により異なる所定温度以上の高温になることが防止または抑制されるので、溶融や膨張による壁面付着やアグロメについても防止または抑制される。
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態を図４に基づいて説明する。なお、図４において、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態においては、閉塞状態を検知した場合、閉塞検知装置２０Ａにより行われる温度低減処理が異なっている。すなわち、上述した実施形態における搬送ガス量の増量に代えて、ガス化剤の温度を低下させる制御信号を出力するという温度低減処理を行うものである。
以下、ガス化剤の温度を低下させる温度低減制御を具体的に説明する。この温度低減制御を可能にするため、ガス化剤供給配管１８には温度制御装置３０が設けられている。
温度制御装置３０は、閉塞検知装置２０Ａから出力されるガス化剤温度の低下指令を受けて、温度の異なるガス化剤の混合割合を調整するなどして、バーナ１２のガス化剤流路１４へ供給される最終的なガス化剤温度を制御する機能を有している。
このような閉塞検知装置２０Ａ及び温度制御装置３０の制御を実施することにより、上述した実施形態と同様にして固体燃料流路１３の閉塞状態を検知した場合には、固体燃料の温度低減処理としてガス化剤の温度が低下する。このため、固体燃料流路１３の流路閉塞進行状況に応じて、流路閉塞の原因となる固体燃料温度の上昇を低減することが可能になる。従って、高粘結性固体燃料の粒子は、固体燃料の種類により異なる所定温度以上の高温になることが防止または抑制されるので、溶融や膨張による壁面付着やアグロメについても防止または抑制される。
＜第３の実施形態＞
続いて、本発明の第３の実施形態を図５に基づいて説明する。なお、図５において、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態においては、閉塞状態を検知する閉塞状態検知手段が異なっている。すなわち、流路閉塞状態の判断基準として、上述した実施形態における差圧Ｐａを換算した流路損失係数λに代えて、差圧比に基づいて換算された流路損失係数λ′を採用する。
具体的に説明すると、本実施形態の閉塞状態検知手段である閉塞検知装置２０Ｂは、バーナ入口の圧力Ｐ１とバーナ入口より下流側となるガス化炉１０の内圧Ｐ２との間で検出した第１の差圧Ｐａと、固体燃料流路１３の上流側に接続される燃料供給配管１６に設定した任意の区間で計測される第２の差圧Ｐｂとの差圧比から換算される流量損失係数λ′が所定値以上に増加した場合に閉塞状態を検出したと判断する。図示の例では、燃料供給配管１６の適所に定めた２箇所の固定測定位置で二つの圧力Ｐ４，Ｐ５を検出し、両圧力Ｐ４，Ｐ５間に生じた差圧Ｐｂが第２の差圧となる。すなわち、第２の差圧Ｐｂは、燃料供給配管１６に設定した所定の流路長さを流れた固気二相流に生じる圧力損失と略一致するものである。
従って、第１の差圧Ｐａと第２の差圧Ｐｂとの差圧比は、ガス化炉１０の圧力、固体燃料の流量及び搬送ガスの流量による影響を受けない値となるので、この差圧比により得られる流量損失係数λ′を基準にすれば、固体燃料流路１３の流路閉塞状況を確実に判断することができる。すなわち、流量損失係数λ′が所定値以上か否かを判断基準とし、この流量損失係数λ′が所定値以上に大きい場合を所定の閉塞状態と判断するようにすれば、固体燃料流路１３の流路閉塞状況をより一層確実に判断することができる。
図５に示す実施形態では、所定の閉塞状態を検出した場合の温度低減処理として、搬送ガスの流量を増す制御が行われるが、図６に示す変形例のように、所定の閉塞状態を検出した場合には、閉塞検知装置２０Ｃの温度低減処理として、ガス化剤の温度を低下させてもよい。
＜第４の実施形態＞
続いて、本発明の第４の実施形態を図７に基づいて説明する。なお、図７において、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、固体燃料流路１３の閉塞状態を検知した場合、閉塞検知装置２０Ｄの温度低減処理が、気流搬送の搬送ガス量を増加させる制御信号の出力と、ガス化剤の温度を低下させる制御信号の出力とを併用して実施される。すなわち、搬送ガスの流量を増加させて固体燃料流路１３内における固体燃料及び搬送ガスの滞留時間を低減するとともに、ガス化剤の温度と固体燃料流路１３内を流れる固体燃料及び搬送ガスとの温度差を低減することにより、固体燃料と高温のガス化剤との交換熱量低減をより一層効率よく実施するものである。
また、図８に示す変形例の閉塞検知装置２０Ｅは、固体燃料流路１３の閉塞状態を検知する判断基準として、差圧Ｐａを換算した流路損失係数λに代えて、差圧比に基づいて換算された流路損失係数λ′を採用している。従って、搬送ガスの流量増加による固体燃料流路１３内における固体燃料及び搬送ガスの滞留時間低減と、ガス化剤の温度と固体燃料流路１３内を流れる固体燃料及び搬送ガスとの温度差低減との併用により、固体燃料と高温のガス化剤との交換熱量低減をより一層効率よく実施するとともに、流量損失係数λ′が所定値以上か否かを判断基準にして、固体燃料流路１３の流路閉塞状況をより一層確実に判断することができる。
＜第５の実施形態＞
最後に、本発明の第５の実施形態を図９に基づいて説明する。なお、図９において、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態の閉塞検知装置２０Ｆは、温度低減処理を行う際、固体燃料流路１３の内壁面温度Ｔを検出し、内壁面温度Ｔが固体燃料の粘結性に応じて定まる設定温度以上とならないように監視する上限監視手段となる温度センサ４０を備えている。この温度センサ４０は、最も温度が高くなる出口付近に設置して固体燃料流路１３の内壁面温度を検出することが望ましく、このセンサ４０で検出した内壁面温度Ｔは閉塞検知装置２０Ｆに入力される。
一方、閉塞検知装置２０Ｆには、使用する固体燃料の粘結性を表す溶融温度、流動温度及び固化温度等について、予め測定した値が入力されている。そして、閉塞検知装置２０Ｆでは、これらの入力値に基づいて、実際に使用する固体燃料の粘結性に応じて定まる上限の設定温度が決められる。
従って、実際の内壁面温度Ｔが上限の設定温度以上とならないように、搬送ガス量の増加、ガス化剤の温度低下、あるいは、搬送ガス量の増加及びガス化剤の温度低下を併用した温度低減処理を行えば、流路閉塞の問題が生じない最も高い温度で効率のよい運転が可能になる。すなわち、固体燃料をガス化する際、内壁面温度Ｔが上限の設定温度以上とならないように監視しながら運転することにより、固体燃料の溶融・膨張によるバーナ１２の閉塞防止と良好な運転効率とを両立させることができる。
また、差圧Ｐａ，Ｐｂの差圧比や差圧Ｐａを用いた温度低減処理と併用すれば、固体燃料の粘結性にばらつきがある場合においても、設定温度が低すぎてガス化炉１０の運転効率を低下させたり、あるいは、設定温度が高すぎてバーナ閉塞を生じるといったリスクを回避することができる。
このように、本発明の高粘結性炭用バーナ１２及びガス化炉１０によれば、粘結性の高い固体燃料をガス化するガス化炉１０に用いられる高粘結性炭用バーナ１２は、固体燃料流路１３及びガス化剤流路１４を同心二重配管構造としたバーナ内の熱伝達により固体燃料粒子の温度上昇し、個体燃料粒子が溶融・膨張することを防止または抑制できるようになる。従って、高粘結性の固体燃料が温度上昇し、溶融・膨張した隣接粒子どうしがアグロメして燃焼不良の原因になったり、あるいは、固体燃料流路１３の内壁面に付着してバーナ閉塞になることを防止できるので、高粘結性炭用バーナ１２及びガス化炉１０の安定した運転が可能になる。また、高粘結性炭用バーナ１２及びガス化炉１０に使用できる粘結性の高い固体燃料についても、その適用範囲を拡大することができる。
また、上述した実施形態では、高粘結性の固体燃料を石炭として説明したが、高粘結性の固体燃料は、微粉炭や石油コークス等に限定されることはなく、たとえば油残渣及びプラスチック等のように粘結性の高い他の固体燃料を使用するガス化炉のバーナについても同様に適用可能である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
本発明に係る高粘結性炭用バーナ及びガス化炉の第１の実施形態を示す要部の構成図である。 石炭ガス化複合発電プラント（ＩＧＣＣ）の概要を示すブロック図である。 第１の実施形態における閉塞検知装置について、制御例を示すフローチャートである。 本発明に係る高粘結性炭用バーナ及びガス化炉の第２の実施形態を示す要部の構成図である。 本発明に係る高粘結性炭用バーナ及びガス化炉の第３の実施形態を示す要部の構成図である。 図５に示した第３の実施形態の変形例として、高粘結性炭用バーナ及びガス化炉の要部を示す構成図である。 本発明に係る高粘結性炭用バーナ及びガス化炉の第４の実施形態を示す要部の構成図である。 図７に示した第４の実施形態の変形例として、高粘結性炭用バーナ及びガス化炉の要部を示す構成図である。 本発明に係る高粘結性炭用バーナ及びガス化炉の第５の実施形態を示す要部の構成図である。 高粘結性炭用バーナ及びガス化炉の従来例を示す図で、（ａ）は構成図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
符号の説明
１０ ガス化炉
１１ 周壁（炉壁）
１２ 高粘結性炭用バーナ（バーナ）
１３ 固体燃料流路
１４ ガス化剤流路
２０，２０Ａ〜Ｆ 閉塞検知装置
３０ 温度制御装置
４０ 温度センサ

Claims (7)

  1. 粒子状に粉砕された高粘結性の固体燃料をガス化するガス化炉の炉壁を貫通して取り付けられ、前記固体燃料を気流搬送によりガス化炉内へ供給する固体燃料流路と、ガス化剤をガス化炉内へ供給するガス化剤流路とが二重管構造に配設されている高粘結性炭用バーナにおいて、
    前記固体燃料流路の閉塞状態を検知する閉塞状態検知手段を設け、該閉塞状態検知手段が所定の閉塞状態を検出した場合、前記固体燃料の温度低減処理が実施され、
    前記閉塞状態検知手段は、前記固体燃料流路のバーナ入口と、該バーナ入口より下流側の適所との間の差圧を検出し、該差圧から換算される流量損失係数が所定値以上まで増加した場合に閉塞状態を検出したと判断することを特徴とする高粘結性炭用バーナ。
  2. 粒子状に粉砕された高粘結性の固体燃料をガス化するガス化炉の炉壁を貫通して取り付けられ、前記固体燃料を気流搬送によりガス化炉内へ供給する固体燃料流路と、ガス化剤をガス化炉内へ供給するガス化剤流路とが二重管構造に配設されている高粘結性炭用バーナにおいて、
    前記固体燃料流路の閉塞状態を検知する閉塞状態検知手段を設け、該閉塞状態検知手段が所定の閉塞状態を検出した場合、前記固体燃料の温度低減処理が実施され、
    前記閉塞状態検知手段は、バーナ入口と該バーナ入口より下流側の適所との間で検出した第１の差圧と、前記固体燃料流路の上流側に接続される燃料供給配管に設定した任意の区間で計測される第２の差圧との差圧比から換算される流量損失係数が所定値以上に増加した場合に閉塞状態を検出したと判断することを特徴とする高粘結性炭用バーナ。
  3. 前記温度低減処理が、前記気流搬送の搬送ガス量を増加させる制御信号の出力であることを特徴とする請求項１または２に記載の高粘結性炭用バーナ。
  4. 前記温度低減処理が、前記ガス化剤の温度を低下させる制御信号の出力であることを特徴とする請求項１または２に記載の高粘結性炭用バーナ。
  5. 前記温度低減処理が、前記気流搬送の搬送ガス量を増加させる制御信号の出力と、前記ガス化剤の温度を低下させる制御信号の出力との併用であることを特徴とする請求項１または２に記載の高粘結性炭用バーナ。
  6. 前記温度低減処理が、前記固体燃料流路の内壁面温度を検出し、該内壁面温度を前記固体燃料の粘結性に応じて定まる設定温度以上とならないように監視する上限監視手段を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の高粘結性炭用バーナ。
  7. 粒子状にした高粘結性炭等の固体燃料を気流搬送によりガス化炉内へ供給し、ガス化剤とともに高圧環境下でガス化処理するガス化炉が、請求項１から６のいずれか１項に記載の高粘結性炭用バーナを備えていることを特徴とするガス化炉。
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