JP5262218B2 - ガス生成炉のパージ方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス生成炉の停止時に、安全且つ安価にパージできるようにしたガス生成炉のパージ方法及び装置に関する。

図４は、燃焼炉１と流動層ガス化炉２（ガス生成炉）とを有する循環流動層炉３の一例を示している。前記循環流動層炉の先行技術文献としては特許文献１がある。

図４の循環流動層炉３を構成している燃焼炉１は、下部から空気又は酸素４が供給され、下部側部に起動用燃料５が供給されると共に後述するチャーが下部に供給されて流動燃焼することにより循環粒子を加熱する。燃焼炉１からの燃焼流体６は分離器９に導かれて排ガス７と循環粒子８とに分離される。

前記循環流動層炉３を構成している流動層ガス化炉２（ガス生成炉）は、散気装置１１上に砂等の流動媒体が装入してあり、前記分離器９で分離した高温の循環粒子８を降下管９ａにより導入すると共に、石炭或いはバイオマス等の原料１０を上部から導入するようになっている。散気装置１１の下部には、ガス化剤として補助ボイラ１２からの補助蒸気Ｓが供給され、流動層１３を形成して原料１０のガス化（水蒸気ガス化）を行い、流動層１３上のフリーボードＦに生成した水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ_４）等のガス成分が混在した生成ガス１４を上部から導出するようにしている。流動層ガス化炉２内の循環粒子８とガス化途中のチャーの混合物１７は導入管１８によって前記燃焼炉１に戻され、燃焼炉１でチャーを燃焼することにより循環粒子８を加熱するようにしている。前記流動層ガス化炉２には前記燃焼炉１との間におけるガスの移動を遮断するための機構が備えられている。

流動層ガス化炉２で生成された生成ガス１４は、導出管１５により取り出されて、図示しない固体分離装置、ガス精製装置等を介し目的に応じた利用装置１６に供給するようにしている。

又、前記分離器９で循環粒子８が分離された排ガス７は、排ガス管１９により誘引ファン２０に導かれて煙突２１から排出されるようになっている。

緊急或いはメンテナンス等のために流動層ガス化炉２の運転を停止する際には、流動層ガス化炉２に対する原料１０の供給を停止するが、流動層ガス化炉２内は生成ガスで満たされた状態となっており、この状態から高温の生成ガス及び水蒸気の温度が低下することにより流動層ガス化炉２内の圧力が下がり、外気を吸引することによって急激な燃焼を引き起こす虞れがある。従って、循環流動層炉３を停止する際には、流動層ガス化炉２内の生成ガス１４を不燃性のガスで置換するパージを行う必要がある。

従来、図４の流動層ガス化炉２をパージする際には、流動層ガス化炉２の下部に不活性ガス供給源２２からの窒素（Ｎ_２）或いはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス２３を供給して、流動層ガス化炉２を不活性ガスでパージするようにしていた。

しかし、上記したような流動層ガス化炉２をパージするには、流動層１３を流動化させて流動層ガス化炉２内の生成ガスをパージするために、通常流動層ガス化炉２の容積の約５倍の不活性ガス２３（Ｎ_２）を供給する必要があり、このように大量の不活性ガス２３を必要とするために大型の不活性ガス製造装置が必要でありパージのための費用が大幅に増大するという問題を有していた。

このため、部分ガス化・分解装置の運転始動時、及び運転停止時に、装置内のガスを水蒸気によってパージするようにした運転方法が特許文献２に記載されている。
特開２００５−０４１９５９号公報 特許第３８８１７１２号公報

しかし、特許文献２に示された水蒸気によるパージ方法を図４に示した循環流動層炉３の流動層ガス化炉２に適用しようとしても、次のような問題のために適用することができなかった。即ち、循環流動層炉３には排熱を利用して水蒸気を生成するボイラを備えたものがあるが、流動層ガス化炉２の停止時には水蒸気の発生量が急激に減少するため、前記ボイラからの余熱蒸気では水蒸気量が不足し流動層ガス化炉２をパージできない場合がある。このため、前記流動層ガス化炉２の停止時には、補助ボイラを起動し補助蒸気によって流動層ガス化炉２をパージすることが考えられるが、補助ボイラは起動してから所定圧力の補助蒸気が生成されて流動層ガス化炉２のパージができるようになるまでには数時間という長い時間が掛ってしまう問題がある。

従って、流動層ガス化炉２が停止して、補助ボイラによる水蒸気が利用できるようになるまでの間に、流動層ガス化炉２内に残った高温の生成ガス及び水蒸気の温度が低下することにより流動層ガス化炉２内の圧力が下がり、外気を吸引することによって急激な燃焼を引き起こす虞れがある。このため、流動層ガス化炉２の停止時に、補助ボイラの補助蒸気を有効に活用できないという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、ガス生成炉の停止時に、安全且つ安価にパージできるようにしたガス生成炉のパージ方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、原料とガス化剤を供給して可燃性の生成ガスを生成するガス生成炉のパージ方法であって、ガス生成炉の停止時に、補助ボイラを起動し、ガス生成炉に対する原料の供給を停止すると共にガス生成炉を密閉してバンキング状態に保持し、該ガス生成炉に不燃性の充填ガスを封入すると共に該ガス生成炉内圧が大気圧より高い設定圧に保持されるように充填ガスの供給を調節し、前記補助ボイラの補助蒸気圧が前記設定圧となったときに、補助ボイラの補助蒸気をガス生成炉に供給してガス生成炉内を補助蒸気でパージすることを特徴とするガス生成炉のパージ方法、に係るものである。

上記ガス生成炉のパージ方法において、充填ガスが、不活性ガスであることは好ましい。

又、上記ガス生成炉のパージ方法において、ガス生成炉の運転停止時に、ガス生成炉から導出される生成ガスと熱交換して得られる余熱蒸気を充填ガスとしてガス生成炉に供給しガス生成炉内を余熱蒸気でパージした後に、前記バンキング状態に移行することは好ましい。

又、上記ガス生成炉のパージ方法において、バンキング状態のときに、余熱蒸気を充填ガスとしてガス生成炉に供給してガス生成炉内圧を設定圧に保持することは好ましい。

本発明は、原料とガス化剤を供給して可燃性の生成ガスを生成するガス生成炉のパージ装置であって、
ガス生成炉の停止時に起動して補助蒸気を生成する補助ボイラと、
ガス生成炉の停止時にガス生成炉を密閉してバンキング状態に保持する密閉手段と、
ガス生成炉の停止時にガス生成炉内圧が大気圧より高い設定圧に保持されるように充填ガスを供給する充填ガス供給手段と、
ガス生成炉の停止時に、補助ボイラを起動し、ガス生成炉を密閉手段により密閉してバンキング状態に保持し、充填ガス供給手段からの充填ガスをガス生成炉に供給してガス生成炉内を大気圧より高い設定圧に保持し、前記補助ボイラで生成される補助蒸気圧が前記設定圧となったときに補助ボイラの補助蒸気をガス生成炉に供給してガス生成炉を補助蒸気でパージするよう制御する制御器と、
を備えたことを特徴とするガス生成炉のパージ装置、に係るものである。

上記ガス生成炉のパージ装置において、充填ガス供給手段が、不活性ガス容器であることは好ましい。

又、上記ガス生成炉のパージ装置において、充填ガス供給手段が、ガス生成炉から導出される生成ガスと熱交換して得られる余熱蒸気を充填ガスとして供給する蒸気発生器であることは好ましい。

又、上記ガス生成炉のパージ装置において、制御器が、ガス生成炉の停止時に、ガス生成炉から導出される生成ガスと熱交換して得られる余熱蒸気によりガス生成炉をパージした後に、ガス生成炉のバンキング状態に移行するよう制御することは好ましい。

又、上記ガス生成炉のパージ装置において、ガス生成炉が燃焼炉と流動層ガス化炉を有する循環流動層炉である場合の蒸気発生器は、流動層ガス化炉から取り出される生成ガスと熱交換して水蒸気を生成する第１の熱交換器と、燃焼炉下流の排ガスと熱交換して水蒸気を生成する第２の熱交換器の少なくとも１つを有することは好ましい。

本発明のガス生成炉のパージ方法及び装置によれば、ガス生成炉の運転停止時に、補助ボイラを起動し、該補助ボイラにより所定圧力の補助蒸気が得られるまでの間に、ガス生成炉に対する原料の供給を停止すると共にガス生成炉を密閉してバンキング状態に保持し、該ガス生成炉に不燃性の充填ガスを封入すると共に該ガス生成炉内圧が大気圧より高い設定圧に保持されるように充填ガスの供給を調節し、その後、前記補助ボイラからの補助蒸気によりガス生成炉内をパージするようにしたので、ガス生成炉の運転停止時に、ガス生成炉内に外気が吸引される問題を防止してガス生成炉を安全にパージすることができ、更に、充填ガスはガス生成炉内圧を設定圧に保持するための最少量とすることができるため、充填ガスに不活性ガスを用いても安価に実施できるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は、図４と同様に燃焼炉１と流動層ガス化炉２（ガス生成炉）とを有する循環流動層炉３に適用した本発明の形態例を示したものであり、図１中、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わし、本発明の特徴部分についてのみ以下に説明する。

図１に示す如く、流動層ガス化炉２（ガス生成炉）の散気装置１１の下部には補助ボイラ１２からの補助蒸気Ｓを補助蒸気管１２ａにより供給するようにしている。

一方、流動層ガス化炉２から生成ガス１４を取り出す導出管１５には前記生成ガス１４とポンプ２４からの水Ｗとを熱交換して水蒸気Ｓ'を生成する第１の熱交換器２５を設け、更に、分離器９からの排ガス７を取り出す排ガス管１９には排ガス７と前記第１の熱交換器２５からの水蒸気Ｓ'とを熱交換して水蒸気Ｓ'を加熱する第２の熱交換器２６を設けており、第２の熱交換器２６出口の水蒸気Ｓ'を導く蒸気管２７を前記補助蒸気管１２ａに接続し、前記水蒸気Ｓ'を流動層ガス化炉２の散気装置１１の下部に供給するようにしてる。前記補助蒸気管１２ａと蒸気管２７には切換器２８，２９が設けてあり、該切換器２８，２９によって前記補助蒸気Ｓと水蒸気Ｓ'を切り換えて流動層ガス化炉２に供給できるようにしている。

流動層ガス化炉２の流動層１３上部のフリーボードＦには、充填ガス３０として窒素（Ｎ_２）或いはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス３０ａを供給するようにした充填ガス供給手段３１からの不活性ガス３０ａを、流量調節器３２を介して供給するようにしている。充填ガス供給手段３１としては不活性ガス容器３３（ボンベ）を用いることができる。

流動層ガス化炉２に原料１０を供給する原料管には原料遮断器３４を設けると共に、生成ガス１４の導出管１５には取出遮断器３５を設けて、流動層ガス化炉２の停止時に流動層ガス化炉２を密閉してバンキング状態に保持できる密閉手段Ｃを構成している。ここで、流動層ガス化炉２が停止した状態では、流動層１３内に挿入されている降下管９ａ内及び燃焼炉１との間を接続する導入管１８内は循環粒子８で閉塞されていて気密は保持されているが、必要な場合には降下管９ａと導入管１８にも遮断できるようにした遮断器を備えてもよい。

又、流動層ガス化炉２には内部圧力を検出するようにした圧力計３６が設けてあり、該圧力計３６の検出圧力が制御器３７に入力されている。

制御器３７は、流動層ガス化炉２の停止時に、補助ボイラ１２を起動し、流動層ガス化炉２を密閉手段Ｃにより密閉してバンキング状態に保持し、充填ガス供給手段３１からの不活性ガス３０ａを流動層ガス化炉２のフリーボードＦに供給して流動層ガス化炉２を大気圧より高い設定圧に保持し、前記補助ボイラ１２で生成される補助蒸気Ｓの圧力が前記設定圧となったときに前記補助ボイラ１２の補助蒸気Ｓを流動層ガス化炉２に供給して流動層ガス化炉２を補助蒸気Ｓでパージする制御を行うようになっている。

次に、図１の形態の作動を説明する。

上記流動層ガス化炉２を起動するには、先ず、補助ボイラ１２を起動して切換器２８を開、切換器２９を閉とし、補助ボイラ１２の補助蒸気Ｓを流動層ガス化炉２の散気装置１１の下部に供給して流動層ガス化炉２を補助蒸気Ｓでパージする。補助蒸気Ｓによる流動層ガス化炉２のパージが終了すると、補助ボイラ１２は停止する。

一方、前記補助ボイラ１２を使用することに代えて、燃焼炉１に起動用燃料５と空気又は酸素４を供給して燃焼を行うことにより燃焼炉１内の循環粒子を加熱すると、加熱された循環粒子と排ガスからなる燃焼流体６が分離器９に導かれ、分離器９において循環粒子８が分離されて循環粒子８は流動層ガス化炉２に供給され、高温の排ガス７は排ガス管１９により第２の熱交換器２６に導かれてポンプ２４からの水Ｗを加熱して水蒸気Ｓ'を生成するようになるので、切換器２８を閉、切換器２９を開として前記水蒸気Ｓ'を流動層ガス化炉２の散気装置１１の下部に供給することにより、流動層ガス化炉２を第２の熱交換器２６からの水蒸気Ｓ'でパージすることができる。このように第２の熱交換器２６からの水蒸気Ｓ'を用いて流動層ガス化炉２のパージを行うと、補助ボイラ１２を起動する必要がなく、しかも同時に流動層ガス化炉２の予熱を行うことができる。

前記したように流動層ガス化炉２を予熱してガス化可能な所定の温度に達すると、燃焼炉１への起動用燃料５の供給は停止して空気又は酸素４の供給は継続し、第２の熱交換器２６の水蒸気Ｓ'はガス化剤として流動層ガス化炉２の下部へ供給した状態において、流動層ガス化炉２に原料１０を供給する。すると、原料１０は水蒸気Ｓ'の存在下流動層１３の流動によりガス化（水蒸気ガス化）され、流動層ガス化炉２で生成した生成ガス１４はフリーボードＦから導出管１５により取り出される。

一方、図１の流動層ガス化炉２を停止する際には、制御器３７により、原料遮断器３４を閉じて原料１０の供給を停止すると共に、取出遮断器３５を閉じて生成ガス１４の導出を遮断することにより流動層ガス化炉２を密閉してバンキング状態に保持する。次に、流量調節器３２を開け、充填ガス供給手段３１からの不活性ガス３０ａを流動層ガス化炉２のフリーボードＦに供給して圧力計３６からの検出圧力に基づいて、流動層ガス化炉２を大気圧より高い設定圧に保持し、更に、その後も設定圧が保持されるように流量調節器３２を間欠的に開閉して充填ガス供給手段３１からの不活性ガス３０ａを間欠的にフリーボードＦに供給する。

その後、前記補助ボイラ１２で生成される補助蒸気Ｓの圧力が前記設定圧になると、制御器３７は切換器２８を開けて補助ボイラ１２の補助蒸気Ｓを流動層ガス化炉２の散気装置１１の下部に供給して流動層ガス化炉２を補助蒸気Ｓでパージする制御を行う。

上記形態によれぱ、流動層ガス化炉２（ガス生成炉）の停止時に、流動層ガス化炉２内に外気が吸引される問題が防止されて流動層ガス化炉２を安全にパージすることができ、更に、不活性ガス３０ａは流動層ガス化炉２内圧を設定圧に保持するための最少量とすることができるため、例えばボンベのような不活性ガス容器３３を備えていればよく、よってパージのための費用を大幅に安価なものとすることができる。

尚、上記形態では、流動層ガス化炉２の停止時に、直ちに流動層ガス化炉２をバンキング状態に保持する場合について説明したが、流動層ガス化炉２の停止時に、先ず前記第２の熱交換器２６からの水蒸気Ｓ'（余熱蒸気）で流動層ガス化炉２をパージし、その後、前記バンキング状態に移行するようにしてもよい。このように流動層ガス化炉２の停止直後に水蒸気Ｓ'（余熱蒸気）によるパージを行うと、流動層ガス化炉２内の生成ガス１４の濃度が低下されるので、バンキング状態に移行後の圧力保持時における安全が更に向上されるようになる。

図２は、前記図１の他の形態を示したもので、前記形態においては、バンキング状態移行後の圧力保持のために、不活性ガス容器３３（ボンベ）からの不活性ガス３０ａをフリーボードＦに供給するようにしたが、これに代えて、前記第２の熱交換器２６からの水蒸気Ｓ'（余熱蒸気）を用いるようにしている。即ち、第２の熱交換器２６からの水蒸気Ｓ'（余熱蒸気）を供給する蒸気管２７を分岐管３８により流動層ガス化炉２のフリーボードＦに接続し、更に分岐管３８に流量調節器３９を設けている。

図２の形態において流動層ガス化炉２を停止する際は、制御器３７により、原料遮断器３４及び取出遮断器３５を閉じてバンキング状態に保持した後、流量調節器３９を開け、第２の熱交換器２６からの水蒸気Ｓ'（余熱蒸気）を充填ガス３０として流動層ガス化炉２のフリーボードＦに供給して設定圧に保持し、更に、その後も設定圧が保持されるように流量調節器３９を間欠的に開閉して第２の熱交換器２６からの水蒸気Ｓ'（余熱蒸気）を間欠的にフリーボードＦに供給するようにしている。このようにバンキング状態移行後の流動層ガス化炉２の圧力保持を、第２の熱交換器２６からの水蒸気Ｓ'（余熱蒸気）を用いて行うと、図１の形態のような不活性ガス３０ａを全く使用することなしに、安価にしかも安全に流動層ガス化炉２をパージすることができる。

図３は、本発明を適用した別の形態を示すもので、この形態はガス生成炉が部分酸化法を用いたガス化炉４０の場合を示しており、このガス化炉４０は、酸素（Ｏ_２）、空気等をガス化剤４１として供給し、酸素不足の状態で部分燃焼しながらガス化を行うよにうしたものであり、ガス化剤４１の供給管に密閉手段Ｃとしての遮断器４２を備えている以外の、ガス化炉４０をパージするための構成は図１と略同一となっており、従って同様の作動を有する。

従って、図３に示したガス化炉４０（ガス生成炉）においても、前記図１の場合と同様に、ガス化炉４０の停止時に、ガス化炉４０内に外気が吸引される問題を防止してガス化炉４０を安全にパージすることができ、更に、不活性ガス３０ａはガス化炉４０内圧を設定圧に保持するための最少量とすることができるため、パージのための費用を安価にすることができる。

なお、本発明は上記形態にのみ限定されるものではなく、前記本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示すもので、循環流動層炉の流動層ガス化炉に適用した場合のブロック図である。 図１の変形例を示すブロック図である。 本発明を実施する形態の他の例を示すもので、部分酸化法を用いたガス化炉に適用した場合のブロック図である。 従来の循環流動層炉における流動層ガス化炉のパージ方法の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 燃焼炉
２ 流動層ガス化炉（ガス生成炉）
３ 循環流動層炉
７ 排ガス
１０ 原料
１２ 補助ボイラ
１４ 生成ガス
２５ 第１の熱交換器
２６ 第２の熱交換器
３０ 充填ガス
３０ａ 不活性ガス
３１ 充填ガス供給手段
３３ 不活性ガス容器（ボンベ）
３４ 原料遮断器（密閉手段）
３５ 取出遮断器（密閉手段）
３７ 制御器
４０ ガス化炉（ガス生成炉）
４２ 遮断器（密閉手段）
Ｃ 密閉手段
Ｆ フリーボード
Ｓ 補助蒸気
Ｓ'水蒸気（余熱蒸気）

Claims (9)

1. 原料とガス化剤を供給して可燃性の生成ガスを生成するガス生成炉のパージ方法であって、ガス生成炉の停止時に、補助ボイラを起動し、ガス生成炉に対する原料の供給を停止すると共にガス生成炉を密閉してバンキング状態に保持し、該ガス生成炉に不燃性の充填ガスを封入すると共に該ガス生成炉内圧が大気圧より高い設定圧に保持されるように充填ガスの供給を調節し、前記補助ボイラの補助蒸気圧が前記設定圧となったときに、補助ボイラの補助蒸気をガス生成炉に供給してガス生成炉内を補助蒸気でパージすることを特徴とするガス生成炉のパージ方法。
2. 充填ガスが、不活性ガスである請求項１に記載のガス生成炉のパージ方法。
3. ガス生成炉の運転停止時に、ガス生成炉から導出される生成ガスと熱交換して得られる余熱蒸気を充填ガスとしてガス生成炉に供給しガス生成炉内を余熱蒸気でパージした後に、前記バンキング状態に移行する請求項１に記載のガス生成炉のパージ方法。
4. バンキング状態のときに、余熱蒸気を充填ガスとしてガス生成炉に供給してガス生成炉内圧を設定圧に保持する請求項３に記載のガス生成炉のパージ方法。
5. 原料とガス化剤を供給して可燃性の生成ガスを生成するガス生成炉のパージ装置であって、
   ガス生成炉の停止時に起動して補助蒸気を生成する補助ボイラと、
   ガス生成炉の停止時にガス生成炉を密閉してバンキング状態に保持する密閉手段と、
   ガス生成炉の停止時にガス生成炉内圧が大気圧より高い設定圧に保持されるように充填ガスを供給する充填ガス供給手段と、
   ガス生成炉の停止時に、補助ボイラを起動し、ガス生成炉を密閉手段により密閉してバンキング状態に保持し、充填ガス供給手段からの充填ガスをガス生成炉に供給してガス生成炉内を大気圧より高い設定圧に保持し、前記補助ボイラで生成される補助蒸気圧が前記設定圧となったときに補助ボイラの補助蒸気をガス生成炉に供給してガス生成炉を補助蒸気でパージするよう制御する制御器と、
   を備えたことを特徴とするガス生成炉のパージ装置。
6. 充填ガス供給手段が、不活性ガス容器である請求項５に記載のガス生成炉のパージ装置。
7. 充填ガス供給手段が、ガス生成炉から導出される生成ガスと熱交換して得られる余熱蒸気を充填ガスとして供給する蒸気発生器である請求項５に記載のガス生成炉のパージ装置。
8. 制御器が、ガス生成炉の停止時に、ガス生成炉から導出される生成ガスと熱交換して得られる余熱蒸気によりガス生成炉をパージした後に、ガス生成炉のバンキング状態に移行するよう制御する請求項５に記載のガス生成炉のパージ装置。
9. ガス生成炉が燃焼炉と流動層ガス化炉を有する循環流動層炉である場合の蒸気発生器は、流動層ガス化炉から取り出される生成ガスと熱交換して水蒸気を生成する第１の熱交換器と、燃焼炉下流の排ガスと熱交換して水蒸気を生成する第２の熱交換器の少なくとも１つを有する請求項７に記載のガス生成炉のパージ装置。

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