JP5389335B2 - Gasifier - Google Patents

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Description

この発明は、石炭等の固形炭化水素燃料から一酸化炭素、水素、メタンなどの燃料ガスを製造する石炭ガス化プロセスに用いられるガス化炉に関する。   The present invention relates to a gasification furnace used in a coal gasification process for producing a fuel gas such as carbon monoxide, hydrogen, methane from a solid hydrocarbon fuel such as coal.

石炭ガス化に用いられるプロセスとして、二段ガス化法がある。この二段ガス化法に関して、例えば特公平5−47595号公報(以下、先行発明と言うことがある。)にこのプロセスに用いられる二段ガス化炉が開示されている。   As a process used for coal gasification, there is a two-stage gasification method. With regard to this two-stage gasification method, for example, Japanese Patent Publication No. 5-47595 (hereinafter sometimes referred to as a prior invention) discloses a two-stage gasification furnace.

図1は、このような二段ガス化炉の一例を示すものである。この二段ガス化炉1は、図1(a)に示すように、炉本体2と、この炉本体2の上部に設けられた上部バーナ群3と、炉本体2の下部に設けられた下部バーナ群4とから概略構成されている。
炉本体2は、ほぼ一定の断面積を有する円筒状となっており、その頂部には炉本体2内で生成した一酸化炭素、水素、メタンなどの製品ガスを導出するガス出口5が開口している。このガス出口5の直径(Dout)は、炉本体2の直径(D)よりも小さくされ、後段の機器に接続されるようになっている。
FIG. 1 shows an example of such a two-stage gasifier. As shown in FIG. 1A, the two-stage gasification furnace 1 includes a furnace body 2, an upper burner group 3 provided at the upper part of the furnace body 2, and a lower part provided at the lower part of the furnace body 2. The burner group 4 is schematically configured.
The furnace main body 2 has a cylindrical shape having a substantially constant cross-sectional area, and a gas outlet 5 through which a product gas such as carbon monoxide, hydrogen, and methane generated in the furnace main body 2 is led opens at the top. ing. The diameter (Dout) of the gas outlet 5 is made smaller than the diameter (D) of the furnace body 2 and is connected to the subsequent apparatus.

炉本体2に下部の内面には、円環状のスラグスタック6が取り付けられており、このスラグスタック6の中心開口部は、溶融スラグが流下する溶融スラグ出口7となっている。この溶融スラグ出口7の直径も炉本体2の直径よりも小さくされ、この溶融スラグ出口7からの放熱を少なくするように構成されている。   An annular slag stack 6 is attached to the inner surface of the lower part of the furnace body 2, and a central opening of the slag stack 6 serves as a molten slag outlet 7 through which the molten slag flows down. The diameter of the molten slag outlet 7 is also made smaller than the diameter of the furnace body 2 so that the heat radiation from the molten slag outlet 7 is reduced.

上部バーナ群3は、炉本体2の上部に配置され、図1(b)に示すように4本のバーナ31、32、33、34がそれぞれ炉本体2の周壁に均等に配されて取り付けられている。これらバーナ31・・・は、それぞれの噴射口が炉本体2の中心軸に向けられておらず、図示のように、中心軸よりも外側に向けられており、それぞれの噴射口から噴射される燃焼ガスが炉本体2の円周方向に流れ、炉本体2内で旋回流を形成するようになっている。   The upper burner group 3 is disposed at the upper part of the furnace body 2 and four burners 31, 32, 33, and 34 are each equally distributed and attached to the peripheral wall of the furnace body 2 as shown in FIG. ing. These burners 31... Are not directed toward the central axis of the furnace body 2 but are directed outward from the central axis as shown in the figure, and are ejected from the respective ejection openings. Combustion gas flows in the circumferential direction of the furnace body 2 to form a swirl flow in the furnace body 2.

この上部バーナ群3により形成される旋回流の仮想的な円の直径は「仮想旋回流円径」と呼ばれ、これの直径を以下、Duと呼ぶ。
なお、本発明での「仮想旋回流円径」とは、現実のガスの流れによる旋回流についてのものではなく、各バーナ31、32・・のノズルの噴射方向軸を延長した4本の仮想線に内接する円の直径を言うものと定義する。これにより、「仮想旋回流円径」を定めることにより、各バーナ31、32・・の配置が定まることになる。
The diameter of the virtual circle of the swirl flow formed by the upper burner group 3 is called “virtual swirl flow circle diameter”, and this diameter is hereinafter referred to as Du.
In the present invention, the “virtual swirl flow circle diameter” does not refer to a swirl flow caused by an actual gas flow, but four virtual lines in which the nozzles of the burner 31, 32. It is defined as the diameter of the circle inscribed in the line. Thereby, by determining the “virtual swirl flow circle diameter”, the arrangement of the burners 31, 32,... Is determined.

上部バーナ群3を構成する個々のバーナには、石炭などの固形炭化水素燃料の微粉末と空気、酸素ガスなどの酸素含有気体からなる酸化剤が供給され、これがそれぞれの噴射口から噴射されるようになっている。以下、酸化剤と固形炭化水素燃料との混合比(酸化剤供給量/固形炭化水素燃料供給量:重量比)を酸化剤量比とする。   The individual burners constituting the upper burner group 3 are supplied with a fine powder of a solid hydrocarbon fuel such as coal and an oxidizer composed of an oxygen-containing gas such as air or oxygen gas, and this is injected from each injection port. It is like that. Hereinafter, the mixing ratio of oxidant and solid hydrocarbon fuel (oxidant supply amount / solid hydrocarbon fuel supply amount: weight ratio) is defined as the oxidant amount ratio.

下部バーナ群4は、炉本体2の下部のスラグスタック6の上方に配置され、図1(c)に示すように4本のバーナ41、42、43、44がそれぞれ炉本体2の周壁に均等に配されて取り付けられている。これらバーナ41・・・も、それぞれの噴射口が炉本体2の中心軸に向けられておらず、図示のように、中心軸よりも外側に向けられており、それぞれの噴射口から噴射される燃焼ガスが同様にして炉本体2内で旋回流を形成するようになっている。
この下部バーナ群4により形成される旋回流の仮想的な円の直径は、やはり「仮想旋回流円径」と呼ばれ、この直径を以下、Dlと呼ぶ。ここでの「仮想旋回流円径」の定義は、上部バーナ群3におけるものと同様である。
The lower burner group 4 is disposed above the slag stack 6 at the lower part of the furnace body 2, and the four burners 41, 42, 43, 44 are evenly arranged on the peripheral wall of the furnace body 2 as shown in FIG. It is arranged and attached to. These burners 41 are also not directed to the central axis of the furnace body 2 but directed to the outside of the central axis as shown in the figure, and are injected from the respective injection holes. Similarly, the combustion gas forms a swirl flow in the furnace body 2.
The diameter of the virtual circle of the swirl flow formed by the lower burner group 4 is also called “virtual swirl flow circle diameter”, and this diameter is hereinafter referred to as Dl. The definition of the “virtual swirl flow circle diameter” here is the same as that in the upper burner group 3.

下部バーナ群4を構成する個々のバーナには、上部バーナ群3と同様に、固形炭化水素燃料の微粉末と空気、酸素ガスなどの酸素含有気体からなる酸化剤が供給され、これがそれぞれの噴射口から噴射されるようになっている。
そして、上部バーナ群3による仮想旋回流円径Duが下部バーナ群4による仮想旋回流円径Dlよりも大きくなるように、かつ下部バーナ群4による仮想旋回流円径Dlがガス出口5の直径Doutよりも大きくなるように構成されている(Du>Dl>Dout)。
As with the upper burner group 3, the individual burners constituting the lower burner group 4 are supplied with fine powder of solid hydrocarbon fuel and an oxidant composed of an oxygen-containing gas such as air or oxygen gas. It comes to be injected from the mouth.
The virtual swirl flow circle diameter Du by the upper burner group 3 is larger than the virtual swirl flow circle diameter Dl by the lower burner group 4, and the virtual swirl flow circle diameter Dl by the lower burner group 4 is the diameter of the gas outlet 5. It is configured to be larger than Dout (Du>Dl> Dout).

また、炉本体2のスラグスタック6の下方には、溶融スラグ冷却室8が設けられている。この溶融スラグ冷却室8は、炉本体2と一体に連続して形成され炉本体2とほぼ同径の円筒状となっており、溶融スラグ出口7から落下した溶融スラグを冷却し、固化するようになっている。   A molten slag cooling chamber 8 is provided below the slag stack 6 of the furnace body 2. The molten slag cooling chamber 8 is formed integrally and continuously with the furnace body 2 and has a cylindrical shape having substantially the same diameter as the furnace body 2 so that the molten slag dropped from the molten slag outlet 7 is cooled and solidified. It has become.

このように構成された二段ガス化炉1では、上部バーナ群3での酸化剤量比を低くし、下部バーナ群4での酸化剤量比を高くして、燃焼させることにより燃焼ガスの旋回流が形成されると同時に、図2に示すような炉本体2内での温度分布が形成され、上部領域では固形炭化水素燃料中の灰分が溶融しない温度で、下部領域では灰分が溶融する温度で運転される。   In the two-stage gasification furnace 1 configured as described above, combustion is performed by reducing the oxidant amount ratio in the upper burner group 3 and increasing the oxidant amount ratio in the lower burner group 4 to cause combustion. At the same time as the swirling flow is formed, a temperature distribution in the furnace main body 2 as shown in FIG. 2 is formed, and the ash content in the lower region is melted at a temperature at which the ash content in the solid hydrocarbon fuel does not melt in the upper region. Operated at temperature.

これにより、上部バーナ群3付近の領域では、高温の旋回流内での化学反応により、水素、一酸化炭素、メタンなどのガスが生成し、上部のガス出口5から高温の製品ガスとして導出される。この製品ガスの温度は、固形炭化水素燃料中の灰分の溶融温度よりも低い温度となっている。
一方、下部バーナ群4付近の領域では二酸化炭素、水分などのガスが生成し、このガスは上部バーナ群3の領域に上昇し、ここでの反応に供される。また、固形炭化水素燃料中の灰分は、上部バーナ群3で生成して降下する灰分ととも溶融し、この溶融した灰分は溶融スラグとして、旋回流に乗って炉本体2の壁面に付着し、ここを伝わって下部の溶融スラグ出口7から流下し、溶融スラグ冷却室8に排出される。
Thereby, in a region near the upper burner group 3, a gas such as hydrogen, carbon monoxide, and methane is generated by a chemical reaction in the high-temperature swirling flow, and is derived as a high-temperature product gas from the upper gas outlet 5. The The temperature of this product gas is lower than the melting temperature of the ash content in the solid hydrocarbon fuel.
On the other hand, in the area near the lower burner group 4, gases such as carbon dioxide and moisture are generated, and this gas rises to the area of the upper burner group 3 and is used for the reaction here. Further, the ash content in the solid hydrocarbon fuel is melted together with the ash content that is generated and descends in the upper burner group 3, and this molten ash content as a molten slag adheres to the wall surface of the furnace body 2 on the swirling flow, Then, it flows down from the lower molten slag outlet 7 and is discharged into the molten slag cooling chamber 8.

そして、上記先行発明では、炉本体2の直径(D)をガス出口5の直径(Dout)よりも大きく、Dout/Dを0.2〜0.35程度とし、かつ上部バーナ群3による仮想旋回流円径Duが下部バーナ群4による仮想旋回流円径Dlよりも大きくなるように、かつ下部バーナ群4による仮想旋回流円径Dlがガス出口5の直径Doutよりも大きく(Du>Dl>Dout)することで、ガス化効率の向上が可能であるとされている。   And in the said prior invention, the diameter (D) of the furnace main body 2 is larger than the diameter (Dout) of the gas outlet 5, Dout / D is about 0.2-0.35, and the virtual swirl by the upper burner group 3 is carried out. The flow circle diameter Du is larger than the virtual swirl flow circle diameter Dl by the lower burner group 4, and the virtual swirl flow circle diameter Dl by the lower burner group 4 is larger than the diameter Dout of the gas outlet 5 (Du> Dl> It is said that the gasification efficiency can be improved by Dout).

ところで、この先行発明におけるガス炉の運転条件等を保ちつつ、ガス化炉をスケールアップ(処理能力増強)する場合、炉本体2自体の寸法の増大を最小限に抑えることが、設備費低減、熱損失量低減などの観点から重要となる。
このため、炉本体2の直径を増大する際にも、その増大量をできるだけ小さくする必要がある。炉本体2の直径の増大を抑えつつ、処理能力を高める方策として、炉本体2内でのガス流速を高める方法がある。
By the way, when the gasification furnace is scaled up (increasing the processing capacity) while maintaining the operating conditions of the gas furnace in this prior invention, minimizing the increase in the dimensions of the furnace body 2 itself can reduce equipment costs, This is important from the viewpoint of reducing heat loss.
For this reason, when the diameter of the furnace body 2 is increased, it is necessary to make the increase amount as small as possible. There is a method of increasing the gas flow rate in the furnace body 2 as a measure for increasing the processing capacity while suppressing an increase in the diameter of the furnace body 2.

しかしながら、炉本体2内でのガス流速を高めると、溶融スラグの一部がガス出口5から製品ガスに同伴されて飛散し、この溶融スラグが後段の熱回収ボイラなどの機器内壁に付着し、種々の不具合を発生するファウリング障害を起こすことが判明した。
図3は、このファウリング障害について説明するためのもので、炉本体2内でのガスの流れを示す模式図で、図1と同一構成部分には同一符号を付してある。
However, when the gas flow rate in the furnace body 2 is increased, a part of the molten slag is scattered along with the product gas from the gas outlet 5, and this molten slag adheres to the inner wall of equipment such as a heat recovery boiler at the subsequent stage, It has been found that it causes fouling problems that cause various problems.
FIG. 3 is a diagram for explaining the fouling failure, and is a schematic diagram showing a gas flow in the furnace main body 2. The same reference numerals are given to the same components as those in FIG.

ガス化炉の運転に伴い、溶融スラグは炉本体2の炉壁を伝わって溶融スラグ出口7からスラグ冷却室8に落下する。一方、ガスの流れとして、炉壁側には旋回しながら下降する旋回下降流20が存在する。この旋回下降流の一部は溶融スラグ出口7を通してスラグ冷却室8に流れ込み、ここで反転して再び溶融スラグ出口7を通過して炉本体2内に戻る溶融スラグ出口反転流21を形成する。
炉本体2の中心部のガスの流れは基本的に上昇流22である。この時、溶融スラグ出口7を流下する溶融スラグ13の一部が上記反転流21に吹き千切られ、炉本体2に再び運ばれる現象が起こる。
With the operation of the gasification furnace, the molten slag travels along the furnace wall of the furnace body 2 and falls from the molten slag outlet 7 to the slag cooling chamber 8. On the other hand, as the gas flow, there is a swirling descending flow 20 that descends while swirling on the furnace wall side. A part of this swirling downward flow flows into the slag cooling chamber 8 through the molten slag outlet 7, and forms a molten slag outlet reversal flow 21 that is reversed and passes again through the molten slag outlet 7 and returns into the furnace body 2.
The gas flow in the center of the furnace body 2 is basically an upward flow 22. At this time, a phenomenon occurs in which a part of the molten slag 13 flowing down the molten slag outlet 7 is blown off into the reverse flow 21 and is transported to the furnace body 2 again.

さらに、吹き千切られた溶融スラグは、上記上昇流22に乗り飛散スラグとして炉本体2のガス出口5に向って飛散する場合がある。こうして、溶融スラグはガス出口5の後段に設置された熱回収ボイラなどの機器の内壁に付着し、ファウリング障害を起こす。
かくして、炉本体2内のガス流速を速くすることはファウリング障害の原因となる溶融スラグの飛散を増長するのである。
特公平5−47595号公報
Furthermore, the blown-off molten slag rides on the upward flow 22 and may scatter as a scattered slag toward the gas outlet 5 of the furnace body 2. Thus, the molten slag adheres to the inner wall of a device such as a heat recovery boiler installed at the rear stage of the gas outlet 5 and causes a fouling failure.
Thus, increasing the gas flow rate in the furnace body 2 increases the scattering of molten slag that causes fouling failures.
Japanese Patent Publication No. 5-47595

よって、本発明における課題は、二段ガス化炉のスケールアップを図る目的を前提とし、炉本体の直径の増大を最小限に抑えつつかかる目的達成のため、炉本体内での平均ガス流速を大きくした際、炉本体のガス出口から溶融スラグが飛散し、ファウリング障害を起こすことがないようにすることにある。   Therefore, the object of the present invention is based on the premise of scaling up the two-stage gasification furnace, and in order to achieve this object while minimizing the increase in the diameter of the furnace body, the average gas flow rate in the furnace body is set. When the size is increased, molten slag is scattered from the gas outlet of the furnace body to prevent fouling failure.

かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との反応によりガスを生成する円筒状の炉本体と、この炉本体の上部に配され、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との混合流体を炉本体内に噴射する上部バーナ群と、炉本体の下部に配され、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との混合流体を炉本体内に噴射する下部バーナ群を備え、
炉本体の上端部には、製品ガスが排出されるガス出口が形成され、炉本体の下端部には溶融スラグが排出される溶融スラグ出口が形成され、
ガス出口の直径(Dout)と炉本体の直径(D)との比率Dout/Dを1>Dout/D≧0.4とし、
上部バーナ群および下部バーナ群は、いずれも3以上のバーナから構成され、これらバーナは炉本体の周壁に配置され、
上部バーナ群の各バーナによって形成される仮想的な旋回流の直径をDuとし、下部バーナ群の各バーナによって形成される仮想的な旋回流の直径をDlとした時、D>Du≧Dout>Dlとなるように両バーナ群を配置するとともに、
炉内圧力が、2.5〜3.0MPaで、年間8000時間の運転を行った場合、ガス出口の圧力損失(ΔPout)を炉内圧力(Pg)で徐した値である、年間の差圧上昇の積算値(ΔPout/Pg)が炉内圧力の1%以下であることを特徴とするガス化炉である。
To solve this problem,
According to the first aspect of the present invention, a cylindrical furnace body that generates gas by a reaction between a solid hydrocarbon fuel powder and an oxidant, and an upper part of the furnace body, the solid hydrocarbon fuel powder and the oxidant are provided. An upper burner group for injecting a mixed fluid into the furnace body, and a lower burner group disposed in the lower part of the furnace body and injecting a mixed fluid of solid hydrocarbon fuel powder and oxidant into the furnace body;
A gas outlet from which product gas is discharged is formed at the upper end of the furnace body, and a molten slag outlet from which molten slag is discharged is formed at the lower end of the furnace body,
The ratio Dout / D between the diameter (Dout) of the gas outlet and the diameter (D) of the furnace body is 1> Dout / D ≧ 0.4 ,
The upper burner group and the lower burner group are each composed of three or more burners, and these burners are arranged on the peripheral wall of the furnace body,
When the diameter of the virtual swirl flow formed by each burner of the upper burner group is Du and the diameter of the virtual swirl flow formed by each burner of the lower burner group is D1, D> Du ≧ Dout> Both burner groups are arranged to be Dl,
When the pressure in the furnace is 2.5 to 3.0 MPa and the operation is performed for 8000 hours per year, the pressure difference (ΔPout) at the gas outlet is a value obtained by gradually declining the pressure in the furnace (Pg). The gasification furnace is characterized in that the integrated value of increase (ΔPout / Pg) is 1% or less of the pressure in the furnace.

本発明によれば、ガス出口の直径(Dout)と炉本体の直径(D)との比率を1>Dout/D≧0.4とすることで、炉本体での平均ガス流速を大きくして、炉自体の処理能力を高めても、炉本体のガス出口から溶融スラグの一部が飛散してファウリング障害を生じることがない。
また、上部バーナ群により形成される旋回流の直径をDuとし、下部バーナ群により形成される旋回流の直径をDlとした時、D>Du≧Dout>Dlとなるように両バーナー群を配置したことにより、上部バーナ群から噴出した固形炭化水素燃料粉末の一部が直接ガス出口に向かって流れることがなく、ガス化効率が低下することもない。
According to the present invention, the ratio of the gas outlet diameter (Dout) to the furnace body diameter (D) is 1> Dout / D ≧ 0.4, thereby increasing the average gas flow velocity in the furnace body. Even if the processing capacity of the furnace itself is increased, a part of the molten slag does not scatter from the gas outlet of the furnace body to cause a fouling failure.
Further, when the diameter of the swirling flow formed by the upper burner group is Du and the diameter of the swirling flow formed by the lower burner group is D1, both burner groups are arranged so that D> Du ≧ Dout> Dl. As a result, part of the solid hydrocarbon fuel powder ejected from the upper burner group does not flow directly toward the gas outlet, and the gasification efficiency does not decrease.

以下、図1を利用して本発明を説明する。
本発明者の検討によれば、溶融スラグのガス出口5からの飛散は、ガス化炉中心部の上昇流速度に依存し、この速度は、ガス出口5の直径の影響を強く受けることがわかった。
この知見に基づいて、ガス出口5の直径とファウリングの関係についてさらに検討を行い、その結果を表1に示す。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIG.
According to the study by the present inventor, it is found that the scattering of molten slag from the gas outlet 5 depends on the upward flow velocity at the center of the gasifier, and this velocity is strongly influenced by the diameter of the gas outlet 5. It was.
Based on this finding, the relationship between the diameter of the gas outlet 5 and fouling was further examined, and the results are shown in Table 1.

ファウリング障害の度合は、ガス出口5における圧力損失(図3でのΔPout)の時間経過による増加割合ΔPout/Δt(kPa/h)で評価した。
炉本体2内のガス平均速度(Ugas)は、単位時間当たりの生成ガス量を炉本体2の断面積で割った値で、試験No=1での値を1とした相対値で示している。
なお、表1の検討例は、固形炭化水素燃料の処理能力が50〜150トン/日で、炉内圧力が2.5〜3.0MPaの規模のガス化炉におけるものである。
The degree of fouling failure was evaluated by the rate of increase ΔPout / Δt (kPa / h) of the pressure loss at the gas outlet 5 (ΔPout in FIG. 3) over time.
The average gas velocity (Ugas) in the furnace main body 2 is a value obtained by dividing the amount of generated gas per unit time by the cross-sectional area of the furnace main body 2 and is a relative value where the value in Test No = 1 is 1. .
In addition, the examination example of Table 1 is in a gasification furnace having a processing capacity of solid hydrocarbon fuel of 50 to 150 tons / day and a furnace pressure of 2.5 to 3.0 MPa.

Figure 0005389335
Figure 0005389335

表1での「従来法」とは、上述の特公平5−47595号公報に開示された先行発明によるものである。
従来法の〔試験1〕は、ガス出口径/炉本体直径(Dout/D)が小さいため、炉本体2の中心部でのガスの上昇速度が速く、溶融スラグの飛散量が多くなってΔPout/Δt=0.166kPa/hとなり、ガス出口5での溶融スラグの付着と成長が認められた。
同じく、従来法の〔試験2〕では、Dout/Dを〔試験1〕より大きくした結果、ΔPout/Δtは小さくなり、溶融スラグの飛散防止に有効であった。
The “conventional method” in Table 1 is based on the prior invention disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 5-47595.
[Test 1] of the conventional method has a small gas outlet diameter / furnace body diameter (Dout / D), so the gas rising speed at the center of the furnace body 2 is fast, and the amount of molten slag scattered increases, and ΔPout /Δt=0.166 kPa / h, and adhesion and growth of molten slag at the gas outlet 5 was observed.
Similarly, in [Test 2] of the conventional method, as a result of increasing Dout / D from [Test 1], [Delta] Pout / [Delta] t was reduced, which was effective in preventing the molten slag from scattering.

本発明の〔試験3〕は、ガス平均速度Ugasを従来法より1.43倍に大きくしたケースであるが、ΔPout/Δtは一層小さくなった。これはDout/Dを従来法試験No.2より更に大きくした効果によりスラグ飛散が飛躍的に抑制されたためである。
〔試験4〕は、〔試験3〕より更にガス平均速度Ugasを大きくしたが、ΔPout/Δtは同程度であった。
以上により、ガス平均速度Ugasを従来法の2倍に増やしても、Dout/Dをある程度大きくすることにより、ファウリング障害が防止できることを見出した。
表1より、適切なDout/Dは0.4以上となる。
[Test 3] of the present invention is a case where the gas average velocity Ugas is increased 1.43 times that of the conventional method, but ΔPout / Δt is further reduced. This is because Dout / D is a conventional method test no. This is because the slag scattering is remarkably suppressed by the effect larger than 2.
In [Test 4], the average gas velocity Ugas was increased more than in [Test 3], but ΔPout / Δt was comparable.
From the above, it was found that fouling failure can be prevented by increasing Dout / D to some extent even if the gas average velocity Ugas is increased to twice that of the conventional method.
From Table 1, the appropriate Dout / D is 0.4 or more.

一方、ガス出口径Doutは、炉本体2直径Dよりも大きくなることは装置構成上あり得ず、よってDout/Dは1未満となる。したがって、1>Dout/D≧0.4となり、実用上は、0.7≧Dout/D≧0.4が好ましくは、さらには0.6≧Dout/D≧0.5が最も好ましい値となる。   On the other hand, the gas outlet diameter Dout cannot be larger than the furnace body 2 diameter D in terms of the apparatus configuration, and thus Dout / D is less than 1. Therefore, 1> Dout / D ≧ 0.4, and in practice 0.7 ≧ Dout / D ≧ 0.4 is preferable, and 0.6 ≧ Dout / D ≧ 0.5 is the most preferable value. Become.

図4に、ガス化炉の実用化を考慮して、年間8000時間の運転を行った場合の表1での圧力損失ΔPout/Δtの積算値とDout/Dとの関係を示した。図4のグラフにおいて、横軸にDout/Dを、縦軸に8000時間後のΔPout(ΔPout/Δt×8000)を炉内圧力Pgで除した値を取っている。
実用ガス化炉では、できるだけ運転障害がないことが必要であり、年間の差圧上昇程度(ΔPout/Pg)は、炉内圧力の1%以下が望ましい。よって、図4のグラフから、Dout/Dは、0.4以上となる。
FIG. 4 shows the relationship between the integrated value of pressure loss ΔPout / Δt and Dout / D in Table 1 when the operation is performed for 8000 hours per year in consideration of the practical use of the gasifier. In the graph of FIG. 4, Dout / D is taken on the horizontal axis, and ΔPout (ΔPout / Δt × 8000) after 8000 hours is taken on the vertical axis by the furnace pressure Pg.
In practical gasification furnaces, it is necessary that there be as few operational obstacles as possible, and the annual differential pressure increase (ΔPout / Pg) is preferably 1% or less of the pressure in the furnace. Therefore, from the graph of FIG. 4, Dout / D is 0.4 or more.

また、Doutの上限については、上部バーナ群2での仮想旋回流円径Duを超えないこと、即ちDu≧Doutがよい。これを超えると、生成ガス出口側バーナから噴出した固形炭化水素燃料粉末が直接生成ガス出口に向って流れるようになり、ガス化率の低下を招くからである。
したがって、D>Du≧Dout>Dlという関係が好適である。この関係は、すなわち、1>Du/D≧Dout/D>Dl/Dとなる。Du/Dは、図1に示したように上部バーナ群3の配置位置によって定まる。この比が1に近いとバーナ火炎が炉壁に直接当たり損傷をもたらす。この点を考慮すると0.9>Du/Dとなる。
As for the upper limit of Dout, it is preferable not to exceed the virtual swirl flow circle diameter Du in the upper burner group 2, that is, Du ≧ Dout. If this is exceeded, the solid hydrocarbon fuel powder ejected from the product gas outlet burner will flow directly toward the product gas outlet, leading to a decrease in the gasification rate.
Therefore, the relationship D> Du ≧ Dout> Dl is preferable. This relationship is 1> Du / D ≧ Dout / D> Dl / D. Du / D is determined by the arrangement position of the upper burner group 3 as shown in FIG. When this ratio is close to 1, the burner flame hits the furnace wall directly and causes damage. Considering this point, 0.9> Du / D.

以上の結果、従来法(前記先行発明)ではDl>Doutであった下部バーナ群3での仮想旋回流円径は、本発明では逆にDout>Dlが優れることとなった。
そして、D>Du≧Dout>Dlという関係が満たされるように、上部バーナ群3と下部バーナ群4とのそれぞれのバーナ31、32・・、41、42・・の配置を設定することが好適である。
As a result, the virtual swirl flow circle diameter in the lower burner group 3 which was Dl> Dout in the conventional method (the above-described prior invention) is, on the contrary, excellent in Dout> Dl in the present invention.
And it is preferable to set the arrangement of the burners 31, 32,.., 41, 42,... In the upper burner group 3 and the lower burner group 4 so that the relationship D> Du ≧ Dout> Dl is satisfied. It is.

このような構成を採用することにより、炉本体2内でのガス速度を2倍に増大してもスラグ飛散が抑制できる。表1に示したように、これにより、炉本体2の直径Dは従来法に記載の条件を満たしてスケールアップしたものの少なくとも1/√2≒0.7に縮小でき、コンパクト化に役立つ。すなわち、表1から、ガス平均流速Ugasを従来のものの少なくとも2倍とすることができ、ガス平均流速Ugasは、生成ガス量を炉本体2の断面積で除したたもの、換言すれば、炉本体2直径の二乗で除したものに相当するから、1/√2となるのである。
例えば、500MW用発電設備に用いるガス化炉の直径は従来法では5mだったものが、本発明法では約3.5mにでき、設備費及び炉壁からの伝熱損失が低減できる。
By adopting such a configuration, slag scattering can be suppressed even if the gas velocity in the furnace body 2 is increased by a factor of two. As shown in Table 1, as a result, the diameter D of the furnace body 2 can be reduced to at least 1 / √2≈0.7, which is scaled up while satisfying the conditions described in the conventional method, which is useful for downsizing. That is, from Table 1, the gas average flow velocity Ugas can be at least twice that of the conventional one, and the gas average flow velocity Ugas is the product gas amount divided by the cross-sectional area of the furnace body 2, in other words, the furnace Since it corresponds to the value obtained by dividing the main body 2 by the square of the diameter, it is 1 / √2.
For example, the diameter of a gasification furnace used for a 500 MW power generation facility is 5 m in the conventional method, but can be reduced to about 3.5 m in the method of the present invention, thereby reducing facility costs and heat transfer loss from the furnace wall.

なお、以上の説明において、各バーナ群3、4を構成するバーナは、4本の例を示したが、これに限定されず、2本以上であればよい。
また、本発明での固形炭化水素燃料としては、石炭以外にオイルコークスなどの灰分となる無機物を含む固形炭化水素燃料が用いられ、さらには灰分となる無機物を添加したプラスチックなども使用できる。
さらに、酸化剤には、空気、純酸素ガス、酸素含有ガス、水、水蒸気などが用いられる。
In the above description, four examples of the burners constituting each of the burner groups 3 and 4 are shown, but the present invention is not limited to this, and it may be two or more.
Further, as the solid hydrocarbon fuel in the present invention, a solid hydrocarbon fuel containing an inorganic substance that becomes ash such as oil coke in addition to coal is used, and further, a plastic to which an inorganic substance that becomes ash is added can be used.
Furthermore, air, pure oxygen gas, oxygen-containing gas, water, water vapor or the like is used as the oxidant.

本発明における二段ガス化炉の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the example of the two-stage gasifier in this invention. 本発明における二段ガス化炉の炉本体内の温度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature distribution in the furnace main body of the two-stage gasifier in this invention. 本発明における二段ガス化炉内のガスの流れを示す図面である。It is drawing which shows the flow of the gas in the two-stage gasifier in this invention. 本発明における圧力損失積算値とDout/Dとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the pressure loss integrated value in this invention, and Dout / D.

符号の説明Explanation of symbols

1…二段ガス化炉、2…炉本体、3…上部バーナ群、4…下部バーナ群、5…ガス出口、7…溶融スラグ出口、8…溶融スラグ冷却室、20…旋回下降流、21…溶融スラグ出口反転流、22…上昇流 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Two-stage gasification furnace, 2 ... Furnace main body, 3 ... Upper burner group, 4 ... Lower burner group, 5 ... Gas outlet, 7 ... Molten slag outlet, 8 ... Molten slag cooling room, 20 ... Swirling downward flow, 21 ... Reverse flow of molten slag outlet, 22 ... Upflow

Claims (1)

固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との反応によりガスを生成する円筒状の炉本体と、この炉本体の上部に配され、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との混合流体を炉本体内に噴射する上部バーナ群と、炉本体の下部に配され、固形炭化水素燃料粉末と酸化剤との混合流体を炉本体内に噴射する下部バーナ群を備え、
炉本体の上端部には、製品ガスが排出されるガス出口が形成され、炉本体の下端部には溶融スラグが排出される溶融スラグ出口が形成され、
ガス出口の直径(Dout)と炉本体の直径(D)との比率Dout/Dを1>Dout/D≧0.4とし、
上部バーナ群および下部バーナ群は、いずれも3以上のバーナから構成され、これらバーナは炉本体の周壁に配置され、
上部バーナ群の各バーナによって形成される仮想的な旋回流の直径をDuとし、下部バーナ群の各バーナによって形成される仮想的な旋回流の直径をDlとした時、D>Du≧Dout>Dlとなるように両バーナ群を配置するとともに、
炉内圧力が、2.5〜3.0MPaで、年間8000時間の運転を行った場合、ガス出口の圧力損失(ΔPout)を炉内圧力(Pg)で徐した値である、年間の差圧上昇の積算値(ΔPout/Pg)が炉内圧力の1%以下であることを特徴とするガス化炉。
A cylindrical furnace body that generates gas by the reaction of the solid hydrocarbon fuel powder and the oxidant, and a fluid mixture of the solid hydrocarbon fuel powder and the oxidant that is disposed in the upper part of the furnace body is injected into the furnace body. An upper burner group, and a lower burner group disposed in the lower part of the furnace body and injecting a mixed fluid of solid hydrocarbon fuel powder and oxidant into the furnace body,
A gas outlet from which product gas is discharged is formed at the upper end of the furnace body, and a molten slag outlet from which molten slag is discharged is formed at the lower end of the furnace body,
The ratio Dout / D between the diameter (Dout) of the gas outlet and the diameter (D) of the furnace body is 1> Dout / D ≧ 0.4 ,
The upper burner group and the lower burner group are each composed of three or more burners, and these burners are arranged on the peripheral wall of the furnace body,
When the diameter of the virtual swirl flow formed by each burner of the upper burner group is Du and the diameter of the virtual swirl flow formed by each burner of the lower burner group is D1, D> Du ≧ Dout> Both burner groups are arranged to be Dl,
When the pressure in the furnace is 2.5 to 3.0 MPa and the operation is performed for 8000 hours per year, the pressure difference (ΔPout) at the gas outlet is a value obtained by gradually declining the pressure in the furnace (Pg). A gasification furnace characterized in that an integrated value of increase (ΔPout / Pg) is 1% or less of the pressure in the furnace.
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