JP6607817B2 - ガス化炉装置及びガス化複合発電設備 - Google Patents

Description

本発明は、石炭等の炭素含有固体燃料をガス化することで生成ガスを生成するガス化炉装置、このガス化炉装置の備えたガス化複合発電設備に関するものである。

従来、ガス化炉装置として、石炭等の炭素含有固体燃料をガス化炉内に供給し、炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化することで、可燃性ガスを生成する炭素含有燃料ガス化設備（石炭ガス化設備）が知られている。この石炭ガス化設備における石炭ガス化炉装置は、圧力容器内にガス化炉が配置され、このガス化炉の鉛直下方に燃焼装置が配置される一方、鉛直上方に熱交換器（ガス冷却器）が配置されて構成されている。そして、この燃焼装置は、ガス化炉内に微粉炭を投入する複数のバーナにより構成されている。このような石炭ガス化炉装置として、例えば、下記特許文献１，２に記載されたものがある。

特許第５４５０８００号公報 特許第３６５２７２０号公報

ところで、ガス化炉は、炭素含有固体燃料を粉砕した微粉炭をガス化することで生成ガスを生成するが、炭素含有固体燃料として高灰分炭や高水分炭などの低品位炭を使用することがある。この低品位炭は、発熱量が低く、同一入熱の場合にガス化炉への投入量が増え、発生する灰が増加する。発生する灰が増加すると、チャー（石炭の未反応分と灰分）が増加し、チャー系設備容量が増加するため、初期コスト増加の要因となる。そして、ガス化炉に対して発生する灰が増加すると、ガス化炉のスロート部におけるスラグ再飛散が発生し、ガス化炉の信頼性が低下する。これを防止するためには、ガス化炉のコンバスタにおける旋回力を低減させてスロート部の流動状態を改善させるか、また、スロート部の内径を大きくする必要がある。しかし、コンバスタにおける旋回力を低減させると、灰の捕集効率が低下してチャー量が増加するため、チャー系設備容量の増加によるコストが増加してしまう。また、スロート部の内径を大きくすると、ガス化炉の大型化による設備コストが増加してしまう。また、前記の旋回力の調整は石炭ガス化炉装置を停止し、バーナの改造を行う必要があり、ガス化炉設備の稼動率を低下させる要因となる。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、設備コストの増加を抑制する一方で、低品位炭であってもガス化炉内での燃料の旋回力をガス化炉を停止せずに調整することで適正な燃焼状態及び流動状態を維持することができるガス化炉装置及びガス化複合発電設備を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のガス化炉装置は、炭素含有固体燃料をガス化させることで生成ガスを生成するガス化炉装置であって、生成される前記生成ガスが内部を流通するガス化炉と、前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する上流側に設けられて炭素含有固体燃料を投入して燃焼する燃焼装置と、前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する下流側に設けられて前記生成ガスと熱交換する熱交換器と、を備え、前記ガス化炉は、前記生成ガスが流通する上流側に設けられるコンバスタ部と、前記コンバスタ部より前記生成ガスが流通する下流側に設けられるリダクタ部とを有し、前記燃焼装置は、前記コンバスタ部に設けられて前記ガス化炉で前記生成ガスの流通方向に沿う中心軸心をもって旋回半径の異なる複数の燃料旋回流を生成する燃料バーナを有する、ことを特徴とするものである。

従って、燃料バーナは、ガス化炉のコンバスタ部に対して、旋回半径の異なる複数の燃料旋回流を生成することから、燃料がコンバスタ部に均一に飛散することとなり、設備コストの増加を抑制することができる一方で、低品位炭であってもガス化炉内での燃料の旋回力を調整することで適正な燃焼状態及び流動状態を維持することができる。

本発明のガス化炉装置では、前記燃料バーナは、前記コンバスタ部に設けられる第１微粉炭バーナ及びチャーバーナと、前記リダクタ部に設けられる第２微粉炭バーナとを有し、前記第１微粉炭バーナまたは前記チャーバーナは、旋回半径の異なる複数の燃料旋回流を生成することを特徴としている。

従って、コンバスタ部に設けられる第１微粉炭バーナまたはチャーバーナが旋回半径の異なる複数の燃料旋回流を生成することで、旋回半径の異なる複数微粉炭旋回流、または、旋回半径の異なる複数チャー旋回流が生成されることとなり、適正な燃焼状態を維持することができる。

本発明のガス化炉装置では、前記第１微粉炭バーナに対して前記チャーバーナが前記生成ガスの流通方向の下流側に配置され、前記チャーバーナが前記中心軸心をもって旋回半径の異なる複数の燃料旋回流を生成することを特徴としている。

従って、チャーバーナが旋回半径の異なる複数のチャー旋回流を生成することとなり、第１微粉炭バーナからの微粉炭旋回流に影響を与えることなく、適正な燃焼状態を維持することができる。

本発明のガス化炉装置では、前記第１微粉炭バーナに対して前記チャーバーナが前記生成ガスの流通方向の下流側に配置され、前記第１微粉炭バーナが前記中心軸心をもって旋回半径の異なる複数の燃料旋回流を生成することを特徴としている。

従って、微粉炭バーナが旋回半径の異なる複数の微粉炭旋回流を生成することとなり、主燃料である微粉炭を均一に飛散させて適正な燃焼状態を維持することができる。

本発明のガス化炉装置では、前記第１微粉炭バーナと前記チャーバーナは、前記ガス化炉で前記生成ガスの流通方向における同一位置に配置されることを特徴としている。

従って、微粉炭旋回流とチャー旋回流を生成ガスの流通方向における同一位置に形成することとなり、微粉炭とチャーを均一に飛散させて適正な燃焼状態を維持することができる。

本発明のガス化炉装置では、前記燃料バーナは、前記ガス化炉の周方向に沿って所定間隔を空けて配置される複数のバーナ本体を備え、前記複数のバーナ本体は、前記中心軸心をもって第１旋回半径の第１燃料旋回流を生成する第１バーナ本体と、前記中心軸心をもって第１旋回半径より大きい第２旋回半径の第２燃料旋回流を生成する第２バーナ本体とから構成されることを特徴としている。

従って、第１バーナ本体が第１燃料旋回流を生成し、第２バーナ本体が第１燃料旋回流より旋回半径より大きい燃料旋回流を生成することで、既存のバーナ本体の構成を変更することなく、バーナ本体の位置や向きなどを変更するだけで、第１、第２燃料旋回流を生成することができ、設備コストの増加を抑制することができる。

本発明のガス化炉装置では、前記第１バーナ本体から前記ガス化炉内に投入する燃料や酸化剤の投入量と、前記第２バーナ本体から前記ガス化炉内に投入する燃料や酸化剤の投入量とを調整する投入量分配装置が設けられることを特徴としている。

従って、投入量分配装置は、第１バーナ本体からの燃料や酸化剤の投入量と第２バーナ本体からの燃料や酸化剤の投入量を調整することで、燃料旋回流の強弱を容易に調整することができる。

本発明のガス化炉装置では、前記ガス化炉内のガス化状態を検出するガス化状態検出装置と、前記ガス化状態検出装置の検出結果に基づいて前記投入量分配装置を制御する制御装置とが設けられることを特徴としている。

従って、制御装置は、ガス化炉内のガス化状態に基づいて第１バーナ本体からの燃料投入量と第２バーナ本体からの燃料や酸化剤の投入量を調整することとなり、燃料旋回流の強さをガス化炉内のガス化状態に最適なものに調整することができる。

本発明のガス化炉装置では、前記ガス化状態検出装置は、前記ガス化炉における前記生成ガスの上流側の第１圧力と下流側の第２圧力との差圧を検出するものであり、前記制御装置は、前記第１圧力と前記第２圧力との差圧が予め設定された基準差圧より大きくなると、前記投入量分配装置により前記第１バーナ本体の燃料や酸化剤の投入量を増加し、前記第２バーナ本体の燃料や酸化剤の投入量を減少することを特徴としている。

従って、ガス化炉における生成ガスの上流側の第１圧力と下流側の第２圧力との差圧に応じて第１バーナ本体からの燃料や酸化剤の投入量と第２バーナ本体からの燃料や酸化剤の投入量を調整することで、燃料旋回流の強さをガス化炉内の圧力状態に最適なものに調整することができる。

本発明のガス化複合発電設備は、炭素含有固体燃料を粉砕した微粉燃料をガス化して可燃性ガスを生成する前記ガス化炉装置と、前記ガス化炉装置により生成された可燃性ガスからチャーを回収するチャー回収装置と、前記チャー回収装置によりチャーが回収された可燃性ガスから不純物を取り除くことでガス精製を行うガス精製設備と、前記ガス精製設備によりガス精製された可燃性ガスの少なくとも一部と圧縮空気との混合ガスを燃焼してタービンを回転駆動するガスタービンと、前記ガスタービンからの排ガスにより蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気によりタービンを回転駆動する蒸気タービンと、を備えることを特徴とするものである。

従って、ガス化炉装置にて、燃料バーナは、ガス化炉のコンバスタ部に対して、旋回半径の異なる複数の燃料旋回流を生成することから、燃料がコンバスタ部に均一に飛散することとなり、設備コストの増加を抑制することができる一方で、低品位炭であってもガス化炉内での燃料の旋回力を調整することで適正な燃焼状態を維持することができる。その結果、ガス化炉装置を安定して運転することができる。

本発明のガス化炉装置及びガス化複合発電設備によれば、コンバスタ部にガス化炉で生成ガスの流通方向に沿う中心軸心をもって旋回半径の異なる複数の燃料旋回流を生成する燃料バーナを設けるので、設備コストの増加を抑制することができる一方で、低品位炭であってもガス化炉内での燃料の旋回力を調整することで適正な燃焼状態及び流動状態を維持することができる。

図１は、第１実施形態のガス化炉装置を表す概略構成図である。 図２は、ガス化炉装置における微粉炭バーナを表す図１のII−II断面図である。 図３は、ガス化炉装置におけるチャーバーナを表す図１のIII−III断面図である。 図４は、第１実施形態のガス化炉装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。 図５は、第２実施形態のガス化炉装置における微粉炭バーナを表す水平断面図である。 図６は、ガス化炉装置におけるチャーバーナを表す水平断面図である。 図７は、第３実施形態のガス化炉装置におけるチャーバーナを表す水平断面図である。 図８は、第４実施形態のガス化炉装置におけるバーナを表す水平断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るガス化炉装置及びガス化複合発電設備の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
図４は、第１実施形態のガス化炉装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。

第１実施形態のガス化炉装置が適用される石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Integrated Coal Gasification Combined Cycle）は、空気を酸化剤として用いており、ガス化炉装置において、燃料から可燃性ガス（生成ガス）を生成する空気燃焼方式を採用している。そして、石炭ガス化複合発電設備は、ガス化炉装置で生成した生成ガスを、ガス精製設備で精製して燃料ガスとした後、ガスタービンに供給して発電を行っている。すなわち、第１実施形態の石炭ガス化複合発電設備は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備となっている。ガス化炉装置に供給する燃料としては、例えば、石炭等の炭素含有固体燃料が用いられる。

図４に示すように、石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）１０は、給炭装置１１と、ガス化炉装置１２と、チャー回収装置１３と、ガス精製設備１４と、ガスタービン１５と、蒸気タービン１６と、発電機１７と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Heat Recovery Steam Generator）１８とを備えている。

給炭装置１１は、原炭として炭素含有固体燃料である石炭（低品位炭）が供給され、石炭を石炭ミル（図示略）などで粉砕することで、細かい粒子状に粉砕した微粉炭を製造する。給炭装置１１で製造された微粉炭は、給炭ライン２１の出口で空気分離設備２２にから供給される搬送用イナートガスとしての窒素ガスによって加圧されて、ガス化炉装置１２へ向けて供給される。イナートガスとは、酸素含有率が約５体積％以下の不活性ガスであり、窒素ガスや二酸化炭素ガスやアルゴンガスなどが代表例であるが、必ずしも約５％以下に制限されるものではない。

ガス化炉装置１２は、給炭装置１１で製造された微粉炭が供給されると共に、チャー回収装置１３で回収されたチャー（石炭の未反応分と灰分）が戻されて再利用可能に供給されている。

また、ガス化炉装置１２には、ガスタービン１５（圧縮機４１）からの圧縮空気供給ライン２３が接続されており、ガスタービン１５で圧縮された圧縮空気の一部が昇圧器２４で所定圧力に昇圧されてガス化炉装置１２に供給可能となっている。空気分離設備２２は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第１窒素供給ライン２５によって空気分離設備２２とガス化炉装置１２とが接続されている。そして、この第１窒素供給ライン２５には、給炭装置１１からの給炭ライン２１が接続されている。

また、第１窒素供給ライン２５から分岐する第２窒素供給ライン２６もガス化炉装置１２に接続されており、この第２窒素供給ライン２６には、チャー回収装置１３からのチャー戻しライン２７が接続されている。更に、空気分離設備２２は、酸素供給ライン２８によって、圧縮空気供給ライン２３と接続されている。そして、空気分離設備２２によって分離された窒素は、第１窒素供給ライン２５及び第２窒素供給ライン２６を流通することで、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用される。また、空気分離設備２２によって分離された酸素は、酸素供給ライン２８及び圧縮空気供給ライン２３を流通することで、ガス化炉装置１２において酸化剤として利用される。

ガス化炉装置１２は、例えば、２段噴流床形式のガス化炉１０１（図２参照）を備えている。ガス化炉装置１２は、内部に供給された石炭（微粉炭）及びチャーを酸化剤（空気、酸素）により部分燃焼させることでガス化させ生成ガスとする。なお、ガス化炉装置１２は、微粉炭に混入した異物（スラグ）を除去する異物除去設備２９が設けられている。そして、このガス化炉装置１２には、チャー回収装置１３に向けて生成ガスを供給するガス生成ライン３０が接続されており、チャーを含む生成ガスが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン３０にシンガスクーラ（ガス冷却器／熱交換器）１０３（図２参照）を設けることで、生成ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置１３に供給してもよい。

チャー回収装置１３は、集塵設備３１と供給ホッパ３２とを備えている。この場合、集塵設備３１は、１つまたは複数のサイクロンやポーラスフィルタにより構成され、ガス化炉装置１２で生成された生成ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された生成ガスは、ガス排出ライン３３を通してガス精製設備１４に送られる。供給ホッパ３２は、集塵設備３１で生成ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、図示しないが、集塵設備３１と供給ホッパ３２との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ３２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ３２からのチャー戻しライン２７が第２窒素供給ライン２６に接続されている。

ガス精製設備１４は、チャー回収装置１３によりチャーが分離された生成ガスに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。そして、ガス精製設備１４は、生成ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン１５に供給する。なお、チャーが分離された生成ガス中には、まだ硫黄分（Ｈ_２Ｓなど）が含まれているため、このガス精製設備１４では、アミン吸収液などによって硫黄分を除去回収して、有効利用する。

ガスタービン１５は、圧縮機４１、燃焼器４２、タービン４３を備えており、圧縮機４１とタービン４３は、回転軸４４により連結されている。燃焼器４２には、圧縮機４１からの圧縮空気供給ライン４５が接続されると共に、ガス精製設備１４からの燃料ガス供給ライン４６が接続され、また、タービン４３に向かって延びる燃焼ガス供給ライン４７が接続されている。また、ガスタービン１５は、圧縮機４１からガス化炉装置１２に延びる圧縮空気供給ライン２３が設けられており、中途部に昇圧機２４が設けられている。従って、燃焼器４２では、圧縮機４１から供給された圧縮空気の一部とガス精製設備１４から供給された燃料ガスの少なくとも一部とを混合して燃焼させることで燃焼ガスを発生させ、発生させた燃焼ガスをタービン４３へ向けて供給する。そして、タービン４３は、供給された燃焼ガスにより回転軸４４を回転駆動させることで発電機１７を回転駆動させる。

蒸気タービン１６は、ガスタービン１５の回転軸４４に連結されるタービン４９を備えており、発電機１７は、この回転軸４４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ１８は、ガスタービン１５（タービン４３）からの排ガスライン５０が接続されており、給水とタービン４３の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そして、排熱回収ボイラ１８は、蒸気タービン１６のタービン４９との間に蒸気供給ライン５１が設けられると共に蒸気回収ライン５２が設けられ、蒸気回収ライン５２に復水器５３が設けられている。また、排熱回収ボイラ１８で生成する蒸気には、ガス化炉１０１（図２参照）のシンガスクーラ１０３（図２参照）で生成ガスと熱交換して生成された蒸気を含んでもよい。従って、蒸気タービン１５では、排熱回収ボイラ１８から供給された蒸気によりタービン４９が回転駆動し、回転軸４４を回転させることで発電機１７を回転駆動させる。

そして、排熱回収ボイラ１８の出口から煙突５５までには、ガス浄化設備５４を備えている。

ここで、第１実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０の作動について説明する。

第１実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０において、給炭装置１１に原炭（石炭）が供給されると、石炭は、給炭装置１１において、細かい粒子状に粉砕されることで微粉炭となる。給炭装置１１で製造された微粉炭は、空気分離設備２２から供給される窒素により第１窒素供給ライン２５を流通してガス化炉装置１２に供給される。また、チャー回収装置１３で回収されたチャーが、空気分離設備２２から供給される窒素により第２窒素供給ライン２６を流通してガス化炉装置１２に供給される。更に、ガスタービン１５から抽気された圧縮空気が昇圧機２４で昇圧された後、空気分離設備２２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン２３を通してガス化炉装置１２に供給される。

ガス化炉装置１２では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気（酸素）により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、生成ガスを生成する。そして、この生成ガスは、ガス化炉装置１２からガス生成ライン３０を通って排出され、チャー回収装置１３に送られる。

チャー回収装置１３にて、生成ガスは、まず、集塵設備３１に供給されることで、生成ガスに含有する微粒のチャーが分離される。そして、チャーが分離された生成ガスは、ガス排出ライン３３を通してガス精製設備１４に送られる。一方、生成ガスから分離した微粒のチャーは、供給ホッパ３２に堆積され、チャー戻しライン３７を通ってガス化炉装置１２に戻されてリサイクルされる。

チャー回収装置１３によりチャーが分離された生成ガスは、ガス精製設備１４にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれてガス精製され、燃料ガスが製造される。圧縮機４１が圧縮空気を生成して燃焼器４２に供給する。この燃焼器４２は、圧縮機４１から供給される圧縮空気と、ガス精製設備１４から供給される燃料ガスとを混合し、燃焼することで燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスによりタービン４３を回転駆動することで、回転軸４４を介して圧縮機４１及び発電機１７を回転駆動する。このようにしてガスタービン１５は発電を行うことができる。

そして、排熱回収ボイラ１８は、ガスタービン１５におけるタービン４３から排出された排ガスと給水とで熱交換を行うことにより蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン１６に供給する。蒸気タービン１６では、排熱回収ボイラ１８から供給された蒸気によりタービン４９を回転駆動することで、回転軸４４を介して発電機１７を回転駆動し、発電を行うことができる。なお、ガスタービン１５と蒸気タービン１６は、同一軸として１つの発電機１７を回転駆動しなくてもよく、別の軸として複数の発電機を回転駆動しても良い。

その後、ガス浄化設備５４では、排熱回収ボイラ１８から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排気ガスが煙突５５から大気へ放出される。

以下、石炭ガス化複合発電設備１０におけるガス化炉装置１２について詳細に説明する。図１は、第１実施形態のガス化炉装置を表す概略構成図、図２は、ガス化炉装置における微粉炭バーナを表す図１のII−II断面図、図３は、ガス化炉装置におけるチャーバーナを表す図１のIII−III断面図である。

ガス化炉装置１２は、図１に示すように、ガス化炉１０１と、燃焼装置１０２と、シンガスクーラ１０３とを備えている。

ガス化炉１０１は、鉛直方向に延びて形成されており、鉛直方向の下方側に微粉炭及び酸素が供給され、部分燃焼させてガス化した可燃性ガス（生成ガス）が鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通している。ガス化炉１０１は、圧力容器１１１と、圧力容器１１１の内部に設けられるガス化炉壁１１２とを有している。そして、ガス化炉１０１は、圧力容器１１１とガス化炉壁１１２との間の空間にアニュラス部１１３を形成している。また、ガス化炉１０１は、ガス化炉壁１１２の内部の空間において、鉛直方向の下方側（つまり、生成ガスの流通方向の上流側）から順に、熱交化器として、コンバスタ部１１４、ディフューザ部１１５、リダクタ部１１６を形成すると共に、コンバスタ部１１４より鉛直方向の下方側に起動用燃焼室１１７を形成している。

圧力容器１１１は、内部が中空空間となる円筒形状に形成され、上端部にガス排出口１１８が形成される一方、下端部（底部）にスラグホッパ１１９が形成されている。ガス化炉壁１１２は、内部が中空空間となる角筒形状に形成され、その壁面が圧力容器１１１の内面と対向して設けられている。そして、ガス化炉壁１１２は、図示しない支持部材により圧力容器１１１内面に連結されている。

ガス化炉壁１１２の一部は、図示しないが、複数の伝熱管と、各伝熱管の間に設けられる複数のフィンとを有し、伝熱管とフィンとが溶接等によって相互に接合されることで形成されている。このガス化炉壁１１２は、その上端部が、圧力容器１１１のガス排出口１１８に接続され、その下端部が圧力容器１１１の底部と隙間を空けて設けられている。そして、圧力容器１１１の底部に形成されるスラグホッパ１１９には、貯留水が溜められており、ガス化炉壁１１２の下端部が貯留水に浸水することで、ガス化炉壁１１２の内外を封止している。

アニュラス部１１３は、圧力容器１１１の内側とガス化炉壁１１２の外側に形成された空間であり、空気分離装置２２（図４参照）で分離された不活性ガスである窒素が、図示しない窒素供給ラインを通って供給される。このため、アニュラス部１１３は、窒素が充満する空間となる。なお、このアニュラス部１１３の鉛直方向の上部付近には、ガス化炉１０１内を均圧にするための図示しない炉内均圧管が設けられている。炉内均圧管は、ガス化炉壁１１２の内外を連通して設けられ、ガス化炉壁１１２の内部（コンバスタ部１１４、ディフューザ部１１５及びリダクタ部１１６）と外部（アニュラス部１１３）とを均圧にしている。

コンバスタ部１１４は、微粉炭及びチャーと空気とを一部燃焼させる空間となっており、コンバスタ部１１４におけるガス化炉壁１１２には、複数のバーナ１３１，１３２からなる燃焼装置１０２が配置されている。ここで、鉛直方向における下方に配置されるバーナ１３１は、コンバスタ部１１４内に微粉炭を投入する第１微粉炭バーナであり、鉛直方向における上方に配置されるバーナ１３２は、コンバスタ部１１４内にチャーを投入するチャーバーナである。コンバスタ部１１４で微粉炭及びチャーの一部を燃焼した高温の燃焼ガスは、ディフューザ部１１５を通過してリダクタ部１１６に流入する。

リダクタ部１１６は、ガス化反応に必要な高温状態に維持されコンバスタ部１１４からの燃焼ガスに微粉炭を供給して、微粉炭を揮発分（一酸化炭素、水素、低級炭化水素等）へと熱分解してガス化することで可燃性ガスを生成する空間となっている。リダクタ部１１６におけるガス化炉壁１１２には、複数のバーナ１３３からなる燃焼装置１０２が配置されている。このバーナ１３３は、リダクタ部１１６内に微粉炭を投入する第２微粉炭バーナである。

シンガスクーラ１０３は、ガス化炉壁１１２の内部に設けられると共に、リダクタ部１１６のバーナ１３３の鉛直上方側に設けられている。シンガスクーラ１０３は、ガス化炉壁１１２の鉛直方向の下方側（生成ガスの流通方向の上流側）から順に、蒸発器（エバポレータ）１３４、過熱器（スーパーヒータ）１３５、節炭器（エコノマイザ）１３６が配置されている。これらのシンガスクーラ１０３は、リダクタ部１１６において生成された生成ガスと熱交換を行うことで、生成ガスを冷却する。なお、蒸発器（エバポレータ）１３４、過熱器（スーパーヒータ）１３５、節炭器（エコノマイザ）１３６は、図に記載されたその数量を限定するものではない。

ここで、第１実施形態のガス化炉装置１２の作動について説明する。

ガス化炉装置１２のガス化炉１０１において、コンバスタ部１１４の各バーナ１３１により微粉炭と圧縮空気（酸素）が投入されて点火されると共に、コンバスタ部１１４の各バーナ１３２によりチャーと圧縮空気（酸素）が投入されて点火される。また、リダクタ部１１６のバーナ１３３により窒素と微粉炭が投入されて点火される。すると、コンバスタ部１１４では、微粉炭とチャーの一部燃焼により高温燃焼ガスが発生する。また、コンバスタ部１１４では、微粉炭とチャーの燃焼により高温ガス中で溶融スラグが生成され、この溶融スラグがガス化炉壁１１２へ付着すると共に、炉底へ落下し、最終的にスラグホッパ１１９内の貯水へ排出される。そして、コンバスタ部１１４で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部１１５を通ってリダクタ部１１６に上昇する。このリダクタ部１１６では、微粉炭が高温燃焼ガスと混合し、高温の還元雰囲気場においてガス化反応が行われ、可燃性ガス（生成ガス）が生成される。

このとき、ガス化炉壁１１２内を上昇する生成ガスと、シンガスクーラ１０３を構成する蒸発器１３４と過熱器１３５と節炭器１３６との間で熱交換が行われる。

このように構成されたガス化炉装置１２は、図１から図３に示すように、ガス化炉１０１に、炭素含有固体燃料を投入して燃焼する燃焼装置１０２として、コンバスタ部１１４に第１微粉炭バーナ１３１とチャーバーナ１３２が設けられると共に、リダクタ部１１６に第２微粉炭バーナ１３３が設けられている。そして、チャーバーナ１３２は、コンバスタ部１１４にガス化炉１０１で生成ガスの流通方向に沿う中心軸心Ｏをもって旋回半径の異なる複数の燃料旋回流Ｔ２，Ｔ３を生成するものである。ここで、中心軸心Ｏは、ガス化炉１０１の鉛直方向に沿う中心軸心と同様である。

図１及び図２に示すように、第１微粉炭バーナ１３１は、ガス化炉壁１１２に周方向に沿って所定間隔（好ましくは、等間隔）を空けて配置される複数（本実施形態では、４個）のバーナ本体１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄから構成されている。各バーナ本体１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄは、コンバスタ部１１４に対して、微粉炭と窒素を混合した第１燃料ガスＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を吹き込む。そして、各バーナ本体１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄは、この第１燃料ガスＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４によりガス化炉１０１の上方から見て（図２にて）時計回り方向に旋回する旋回半径Ｒ１の微粉炭旋回流Ｔ１を生成することができる。

図１及び図３に示すように、チャーバーナ１３２は、ガス化炉壁１１２に周方向に沿って所定間隔（好ましくは、等間隔）を空けて配置される複数（本実施形態では、４個）のバーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄから構成されている。各バーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄは、コンバスタ部１１４に対して、チャーと窒素を混合した第２燃料ガスＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４を吹き込む。そして、各バーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄは、旋回半径の異なる複数のチャー旋回流Ｔ２，Ｔ３を生成することができる。

即ち、コンバスタ部１１４に径方向に対向する２個の第１バーナ本体１３２ａ，１３２ｃは、第２燃料ガスＣ１１，Ｃ１３によりガス化炉１０１の上方から見て（図３にて）時計回り方向に旋回する第１旋回半径Ｒ２の第１チャー旋回流Ｔ２を生成することができる。また、コンバスタ部１１４に径方向に対向する２個の第２バーナ本体１３２ｂ，１３２ｄは、第２燃料ガスＣ１２，Ｃ１４によりガス化炉１０１の上方から見て（図３にて）時計回り方向に旋回する第２旋回半径Ｒ３の第２チャー旋回流Ｔ３を生成することができる。ここで、第１旋回半径Ｒ２より第２旋回半径Ｒ３が大きいことで、第１チャー旋回流Ｔ２の外周側に第２チャー旋回流Ｔ３が生成されることとなる。

なお、第２微粉炭バーナ１３３は、詳細に説明しないが、第１微粉炭バーナ１３１とほぼ同様の構成となっている。

また、チャーバーナ１３２にて、第１バーナ本体１３２ａ，１３２ｃからコンバスタ部１１４に投入する第２燃料ガスや酸化剤の投入量と、第２バーナ本体１３２ｂ，１３２ｄからコンバスタ部１１４に投入する第２燃料ガスや酸化剤の投入量とを調整する投入量分配装置１４４が設けられている。制御装置１４３は、この投入量分配装置１４４を制御可能となっている。この場合、投入量分配装置１４４は、例えば、チャーを供給する配管に設けられた流量調整弁である。

ガス化炉１０１は、内部のガス化状態を検出するガス化状態検出装置として、生成ガスの上流側である起動用燃焼室１１７の第１圧力を検出する第１圧力センサ１４１と、生成ガスの下流側であるガス排出口１１８の第２圧力を検出する第２圧力センサ１４２が設けられている。制御装置１４３は、各圧力センサ１４１，１４２の検出結果に基づいて第１圧力と第２圧力との差圧を検出する。

そして、制御装置１４３は、ガス化炉１０１におけるガス化状態に基づいて投入量分配装置１４４を制御する。具体的に、制御装置１４３は、第１圧力と第２圧力との差圧が予め設定された基準差圧より大きくなると、投入量分配装置１４４により第１バーナ本体１３２ａ，１３２ｃの第２燃料ガス投入量を増加し、第２バーナ本体１３２ｂ，１３２ｄからの第２燃料ガス投入量を減少する。

そのため、燃焼装置１０２において、第１微粉炭バーナ１３１を構成する各バーナ本体１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄは、コンバスタ部１１４に対して、微粉炭と窒素を混合した第１燃料ガスＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を吹き込むと、微粉炭旋回流Ｔ１が生成される。また、チャーバーナ１３２を構成する各バーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄは、コンバスタ部１１４に対して、チャーと窒素を混合した第２燃料ガスＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４を吹き込むと、旋回半径の異なる２個のチャー旋回流Ｔ２，Ｔ３が生成される。すると、コンバスタ部１１４では、微粉炭旋回流Ｔ１とチャー旋回流Ｔ２，Ｔ３により燃料としての微粉炭やチャーが旋回しながら均一に飛散することとなり、安定して適正な燃焼状態が維持される。

また、このとき、第１圧力センサ１４１が起動用燃焼室１１７の第１圧力を検出し、第２圧力センサ１４２がガス排出口１１８の第２圧力を検出している。制御装置１４３は、第１圧力と第２圧力との差圧が基準差圧より大きくなると、投入量分配装置１４４により第１バーナ本体１３２ａ，１３２ｃの第２燃料ガス投入量を増加し、第２バーナ本体１３２ｂ，１３２ｄの第２燃料ガス投入量を減少する。

ガス化炉１０１にて、第２圧力が高圧となって第１圧力と第２圧力との差圧が大きくなると、微粉炭のガス化により発生した灰がディフューザ部１１５からリダクタ部１１６に上昇したとき、径方向の外周側に飛散し、ガス化炉壁１１２の内壁面に付着してしまう。そのため、第２圧力が高圧になると、内側のチャー旋回流Ｔ２を生成する第１バーナ本体１３２ａ，１３２ｃへの第２燃料ガス投入量を増加し、外側のチャー旋回流Ｔ３を生成する第２バーナ本体１３２ｂ，１３２ｄへの第２燃料ガス投入量を減少する。すると、内側のチャー旋回流Ｔ２の旋回力が外側のチャー旋回流Ｔ３の旋回力よりも強くなり、微粉炭のガス化により発生した灰がディフューザ部１１５からリダクタ部１１６に上昇したとき、径方向の外周側に飛散する力が小さくなり、灰がガス化炉壁１１２の内壁面に付着しにくくなる。コンバスタ内全体の旋回流が弱くなり、スロート部におけるガス動圧が弱くなり、ガス化炉壁１１２のスロート部を流下する溶融した灰が、ガス動圧により生成ガスが流通する下流側に再飛散しにくくなる。

その後、制御装置１４３は、第１圧力と第２圧力との差圧が基準差圧以下になると、投入量分配装置１４４により第１バーナ本体１３２ａ，１３２ｃの第２燃料ガス投入量を減少し、第２バーナ本体１３２ｂ，１３２ｄの第２燃料ガス投入量を増加する。

このように第１実施形態のガス化炉装置にあっては、生成ガスが内部を流通するガス化炉１０１と、ガス化炉１０１の内部で生成ガスが流通する上流側に設けられて燃料を投入して燃焼する燃焼装置１０２と、ガス化炉１０１の内部で生成ガスが流通する下流側に設けられて前記生成ガスと熱交換するシンガスクーラ１０３とを備え、ガス化炉１０１は、生成ガスが流通する上流側に設けられるコンバスタ部１１４と、コンバスタ部１１４より生成ガスが流通する下流側に設けられるリダクタ部１１６とを有し、燃焼装置１０２は、コンバスタ部１１４に設けられてガス化炉１０１で生成ガスの流通方向に沿う中心軸心Ｏをもって旋回半径Ｒ２，Ｒ３の異なる複数のチャー旋回流Ｔ２，Ｔ３を生成するチャーバーナ１３２を有する。

従って、チャーバーナ１３２は、ガス化炉１０１のコンバスタ部１１４に対して、旋回半径Ｒ２，Ｒ３の異なる２個のチャー旋回流Ｔ２，Ｔ３を生成することから、チャーがコンバスタ部１１４に均一に飛散することとなる。すると、燃料として発熱量が低い低品位炭を使用しても、灰の捕集効率が低下することなくチャー系設備容量の増加によるコストの増加を抑制することができる。また、ディフューザ部１１５の内径を大きくすることによるガス化炉１０１の大型化が不要となる。そのため、設備コストの増加を抑制することができる一方で、低品位炭であってもガス化炉１０１内での燃料の旋回力をガス化炉１０１を停止せずに調整することで適正な燃焼状態及び流動状態を維持することができる。

第１実施形態のガス化炉装置では、チャーバーナ１３２が旋回半径Ｒ２，Ｒ３の異なる２個のチャー旋回流Ｔ２，Ｔ３を生成可能としている。従って、第１微粉炭バーナ１３１からの微粉炭旋回流Ｔ１に影響を与えることなく、チャー旋回流Ｔ２，Ｔ３だけを調整し、適正な燃焼状態を維持することができる。

第１実施形態のガス化炉装置では、チャーバーナ１３２は、ガス化炉１０１の周方向に沿って所定間隔を空けて配置される４個のバーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄを備え、第１バーナ本体１３２ａ，１３２ｃにより第１旋回半径Ｒ２の第１チャー旋回流Ｔ２を生成可能とし、第２バーナ本体１３２ｂ，１３２ｄにより第１旋回半径Ｒ２より大きい第２旋回半径Ｒ３の第２チャー旋回流Ｔ３を生成可能としている。従って、既存のバーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄの構成を変更することなく、バーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄの位置や向きなどを変更するだけで、第１、第２チャー旋回流Ｔ２，Ｔ３を生成することができ、設備コストの増加を抑制することができる。

第１実施形態のガス化炉装置では、第１バーナ本体１３２ａ，１３２ｃからガス化炉１０１内に投入するチャー投入量と、第２バーナ本体１３２ｂ，１３２ｄからガス化炉１０１内に投入するチャー投入量とを調整する投入量分配装置１４４を設けている。従って、投入量分配装置１４４は、第１バーナ本体１３２ａ，１３２ｃからのチャー投入量と第２バーナ本体１３２ｂ，１３２ｄからのチャー投入量を調整することで、チャー旋回流Ｔ２，Ｔ３の強弱を容易に調整することができる。

第１実施形態のガス化炉装置では、ガス化炉１０１内のガス化状態を検出するガス化状態検出装置として、起動用燃焼室１１７の第１圧力を検出する第１圧力センサ１４１と、ガス排出口１１８の第２圧力を検出する第２圧力センサ１４２を設け、制御装置１４３は、第１圧力と第２圧力との差圧が予め設定された基準差圧より大きくなると、投入量分配装置１４４により第１バーナ本体１３２ａ，１３２ｃのチャー投入量を増加し、第２バーナ本体１３２ｂ，１３２ｄからのチャー投入量を減少する。従って、チャー旋回流Ｔ２，Ｔ３の強さをガス化炉１０１内の圧力状態に最適なものに調整することができる。

また、第１実施形態の石炭ガス化複合発電設備にあっては、石炭を粉砕した微粉炭を供給する給炭装置１１と、給炭装置１１から供給された微粉炭をガス化して可燃性ガスを生成するガス化炉装置１２と、ガス化炉装置１２により生成された可燃性ガスからチャーを回収するチャー回収装置１３と、チャー回収装置１３によりチャーが回収された可燃性ガスから不純物を取り除くことでガス精製を行うガス精製設備１４と、ガス精製設備１４によりガス精製された可燃性ガスと圧縮空気との混合ガスを燃焼してタービン４３を回転駆動するガスタービン１５と、ガスタービン１５からの排ガスにより蒸気を生成する排熱回収ボイラ１８と、排熱回収ボイラ１８により生成された蒸気によりタービン４９を回転駆動する蒸気タービン１６を備えている。従って、設備コストの増加を抑制することができる一方で、低品位炭であってもガス化炉１０１内での燃料の旋回力を調整することで適正な燃焼状態を維持することができる。その結果、ガス化炉装置を安定して運転することができる。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態のガス化炉装置における微粉炭バーナを表す水平断面図、図６は、ガス化炉装置におけるチャーバーナを表す水平断面図である。なお、本実施形態のガス化炉装置の基本的な構成は、上述した第１実施形態とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態において、図１に示すように、ガス化炉装置１２は、燃焼装置１０２として、コンバスタ部１１４に第１微粉炭バーナ１３１とチャーバーナ１３２が設けられると共に、リダクタ部１１６に第２微粉炭バーナ１３３が設けられている。そして、第１微粉炭バーナ１３１は、コンバスタ部１１４にガス化炉１０１で生成ガスの流通方向に沿う中心軸心Ｏをもって旋回半径の異なる複数の燃料旋回流を生成するものである。

図５に示すように、第１微粉炭バーナ１３１は、ガス化炉壁１１２に周方向に沿って所定間隔（好ましくは、等間隔）を空けて配置される複数（本実施形態では、４個）のバーナ本体１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄから構成されている。各バーナ本体１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄは、コンバスタ部１１４に対して、微粉炭と窒素を混合した第２燃料ガスＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を吹き込む。そして、各バーナ本体１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄは、旋回半径の異なる複数の微粉炭旋回流Ｔ１１，Ｔ１２を生成することができる。

即ち、コンバスタ部１１４に径方向に対向する２個の第１バーナ本体１３１ａ，１３１ｃは、第１燃料ガスＣ１，Ｃ３によりガス化炉１０１の上方から見て（図５にて）時計回り方向に旋回する第１旋回半径Ｒ１１の第１微粉炭旋回流Ｔ１１を生成することができる。また、コンバスタ部１１４に径方向に対向する２個の第１バーナ本体１３１ｂ，１３１ｄは、第１燃料ガスＣ２，Ｃ４によりガス化炉１０１の上方から見て（図５にて）時計回り方向に旋回する第２旋回半径Ｒ１２の第２微粉炭旋回流Ｔ１２を生成することができる。ここで、第１旋回半径Ｒ１１より第２旋回半径Ｒ１２が大きいことで、第１微粉炭旋回流Ｔ１１の外周側に第２微粉炭旋回流Ｔ１２が生成されることとなる。

図６に示すように、チャーバーナ１３２は、ガス化炉壁１１２に周方向に沿って所定間隔（好ましくは、等間隔）を空けて配置される複数（本実施形態では、４個）のバーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄから構成されている。各バーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄは、コンバスタ部１１４に対して、チャーと窒素を混合した第２燃料ガスＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４を吹き込む。そして、各バーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄは、この第２燃料ガスＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４によりガス化炉１０１の上方から見て（図６にて）時計回り方向に旋回する旋回半径Ｒ１３のチャー旋回流Ｔ１３を生成することができる。

そのため、燃焼装置１０２において、第１微粉炭バーナ１３１を構成する各バーナ本体１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄは、コンバスタ部１１４に対して、微粉炭と窒素を混合した第１燃料ガスＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を吹き込むと、旋回半径の異なる２個の微粉炭旋回流Ｔ１１，Ｔ１２が生成される。また、チャーバーナ１３２を構成する各バーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄは、コンバスタ部１１４に対して、チャーと窒素を混合した第２燃料ガスＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４を吹き込むと、チャー旋回流Ｔ１３が生成される。すると、コンバスタ部１１４では、微粉炭旋回流Ｔ１１，Ｔ１２とチャー旋回流Ｔ１３により燃料としての微粉炭やチャーが旋回しながら均一に飛散することとなり、安定して適正な燃焼状態が維持される。

このように第２実施形態のガス化炉装置にあっては、燃焼装置１０２は、コンバスタ部１１４に設けられてガス化炉１０１で生成ガスの流通方向に沿う中心軸心Ｏをもって旋回半径Ｒ１１，Ｒ１２の異なる複数の微粉炭旋回流Ｔ１１，Ｔ１２を生成する第１微粉炭バーナ１３１を有している。

従って、第１微粉炭バーナ１３１は、ガス化炉１０１のコンバスタ部１１４に対して、旋回半径Ｒ１１，Ｒ１２の異なる２個の微粉炭旋回流Ｔ１１，Ｔ１２を生成することから、微粉炭がコンバスタ部１１４に均一に飛散することとなる。すると、燃料として発熱量が低い低品位炭を使用しても、灰の捕集効率が低下することなくチャー系設備容量の増加によるコストの増加を抑制することができる。また、ディフューザ部１１５の内径を大きくすることによるガス化炉１０１の大型化が不要となる。そのため、設備コストの増加を抑制することができる一方で、低品位炭であってもガス化炉１０１内での燃料の旋回力を調整することで適正な燃焼状態を維持することができる。

［第３実施形態］
図７は、第３実施形態のガス化炉装置におけるチャーバーナを表す水平断面図である。なお、本実施形態のガス化炉装置の基本的な構成は、上述した第１実施形態とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態において、図１に示すように、ガス化炉装置１２は、燃焼装置１０２として、コンバスタ部１１４に第１微粉炭バーナ１３１とチャーバーナ１３２が設けられると共に、リダクタ部１１６に第２微粉炭バーナ１３３が設けられている。そして、第１微粉炭バーナ１３１は、コンバスタ部１１４にガス化炉１０１で生成ガスの流通方向に沿う中心軸心Ｏをもって旋回半径の異なる複数の燃料旋回流を生成するものである。

図７に示すように、チャーバーナ１３２は、ガス化炉壁１１２に周方向に沿って所定間隔（好ましくは、等間隔）を空けて配置される複数（本実施形態では、４個）のバーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄから構成されている。各バーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄは、コンバスタ部１１４に対して、チャーと窒素を混合した第２燃料ガスＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４を吹き込む。そして、各バーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄは、旋回半径の異なる複数のチャー旋回流Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ２３，Ｔ２４を生成することができる。

即ち、第１バーナ本体１３２ａは、第２燃料ガスＣ１１によりガス化炉１０１の上方から見て（図７にて）時計回り方向に旋回する第１チャー旋回流Ｔ２１を生成することができる。第２バーナ本体１３２ｂは、第２燃料ガスＣ１２によりガス化炉１０１の上方から見て（図７にて）時計回り方向に旋回する第２チャー旋回流Ｔ２２を生成することができる。第３バーナ本体１３２ｃは、第２燃料ガスＣ１３によりガス化炉１０１の上方から見て（図７にて）時計回り方向に旋回する第３チャー旋回流Ｔ２３を生成することができる。第４バーナ本体１３２ｄは、第２燃料ガスＣ１４によりガス化炉１０１の上方から見て（図７にて）時計回り方向に旋回する第４チャー旋回流Ｔ２４を生成することができる。ここで、旋回半径は、第１チャー旋回流Ｔ２１、第２チャー旋回流Ｔ２２、第３チャー旋回流Ｔ２３、第４チャー旋回流Ｔ２４の順に大きいことで、リング形状をなす各チャー旋回流Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ２３，Ｔ２４が生成されることとなる。

そのため、チャーバーナ１３２を構成する各バーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄは、コンバスタ部１１４に対して、チャーと窒素を混合した第２燃料ガスＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４を吹き込むと、４個のチャー旋回流Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ２３，Ｔ２４が生成される。すると、コンバスタ部１１４では、燃料としての微粉炭やチャーが旋回しながら均一に飛散することとなり、安定して適正な燃焼状態が維持される。

このように第３実施形態のガス化炉装置にあっては、コンバスタ部１１４にガス化炉１０１で生成ガスの流通方向に沿う中心軸心Ｏをもって旋回半径の異なる複数のチャー旋回流Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ２３，Ｔ２４を生成するチャーバーナ１３２を設けている。

従って、設備コストの増加を抑制することができる一方で、低品位炭であってもガス化炉１０１内での燃料の旋回力を調整することで適正な燃焼状態を維持することができる。

［第４実施形態］
図８は、第４実施形態のガス化炉装置におけるバーナを表す水平断面図である。なお、本実施形態のガス化炉装置の基本的な構成は、上述した第１実施形態とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第４実施形態において、図１に示すように、ガス化炉装置１２は、燃焼装置１０２として、コンバスタ部１１４に第１微粉炭バーナ１３１とチャーバーナ１３２が設けられると共に、リダクタ部１１６に第２微粉炭バーナ１３３が設けられている。この場合、第１微粉炭バーナ１３１とチャーバーナ１３２は、ガス化炉１０１で生成ガスの流通方向（鉛直方向）における同一位置（高さ）に配置されている。そして、チャーバーナ１３２は、コンバスタ部１１４にガス化炉１０１で生成ガスの流通方向に沿う中心軸心Ｏをもって旋回半径の異なる複数のチャー旋回流Ｔ３１，Ｔ３３を生成するものである。

図８に示すように、チャーバーナ１３２は、ガス化炉壁１１２に周方向に沿って所定間隔（好ましくは、等間隔）を空けて配置される複数（本実施形態では、４個）のバーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄから構成されている。各バーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄは、コンバスタ部１１４に対して、チャーと窒素を混合した第２燃料ガスＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４を吹き込む。そして、各バーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄは、旋回半径の異なる複数のチャー旋回流Ｔ３１，Ｔ３３を生成することができる。

即ち、コンバスタ部１１４に径方向に対向する２個の第１バーナ本体１３２ａ，１３２ｃは、第２燃料ガスＣ１１，Ｃ１３によりガス化炉１０１の上方から見て（図８にて）時計回り方向に旋回する第１チャー旋回流Ｔ３１を生成することができる。また、コンバスタ部１１４に径方向に対向する２個の第２バーナ本体１３２ｂ，１３２ｄは、第２燃料ガスＣ１２，Ｃ１４によりガス化炉１０１の上方から見て（図８にて）時計回り方向に旋回する第２チャー旋回流Ｔ３３を生成することができる。

第１微粉炭バーナ１３１は、ガス化炉壁１１２に周方向に沿って所定間隔（好ましくは、等間隔）を空けて配置される複数（本実施形態では、４個）のバーナ本体１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄから構成されている。各バーナ本体１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄは、各バーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄにおける周方向の間に配置される。各バーナ本体１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄは、コンバスタ部１１４に対して、微粉炭と窒素を混合した第１燃料ガスＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を吹き込む。そして、各バーナ本体１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄは、この第１燃料ガスＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４によりガス化炉１０１の上方から見て（図８にて）時計回り方向に旋回する微粉炭旋回流Ｔ３２を生成することができる。

ここで、旋回半径は、第１チャー旋回流Ｔ３１、微粉炭旋回流Ｔ３２、第２チャー旋回流Ｔ３３の順に大きいことで、リング形状をなす各旋回流Ｔ３１，Ｔ３２，Ｔ３３が生成されることとなる。

そのため、燃焼装置１０２において、第１微粉炭バーナ１３１を構成する各バーナ本体１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄは、コンバスタ部１１４に対して、微粉炭と窒素を混合した第１燃料ガスＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を吹き込むと、微粉炭旋回流Ｔ３２が生成される。また、チャーバーナ１３２を構成する各バーナ本体１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄは、コンバスタ部１１４に対して、チャーと窒素を混合した第２燃料ガスＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４を吹き込むと、旋回半径の異なる２個のチャー旋回流Ｔ３１，Ｔ３３が生成される。すると、コンバスタ部１１４では、微粉炭旋回流Ｔ３２とチャー旋回流Ｔ３１，Ｔ３３により燃料としての微粉炭やチャーが旋回しながら均一に飛散することとなり、安定して適正な燃焼状態が維持される。

このように第４実施形態のガス化炉装置にあっては、コンバスタ部１１４に第１微粉炭バーナ１３１とチャーバーナ１３２を生成ガスの流通方向における同一位置に配置し、微粉炭バーナ１３１は、ガス化炉１０１で生成ガスの流通方向に沿う中心軸心Ｏをもって旋回半径の異なる微粉炭旋回流Ｔ３２を生成し、チャーバーナ１３２は、ガス化炉１０１で生成ガスの流通方向に沿う中心軸心Ｏをもって旋回半径の異なる複数のチャー旋回流Ｔ３１，Ｔ３３を生成する。

従って、設備コストの増加を抑制することができる一方で、低品位炭であってもガス化炉１０１内での燃料の旋回力を調整することで適正な燃焼状態を維持することができる。また、第１微粉炭バーナ１３１とチャーバーナ１３２を鉛直方向の同一位置に配置することとなり、微粉炭とチャーを均一に飛散させて適正な燃焼状態を維持することができる。

なお、上述した実施形態では、燃料として石炭を使用したが、高品位炭や低品位炭であっても適用可能であり、また、石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などを使用することも可能である。

また、上述した実施形態では、ガス化炉１０１として、タワー型ガス化炉について説明してきたが、ガス化炉１０１はクロスオーバー型ガス化炉でも、ガス化炉１０１内の各機器の鉛直上下方向を生成ガスのガス流れ方向を合わせるように置き換えることで、同様に実施が可能である。

１０ 石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）
１１ 給炭装置
１２ ガス化炉装置
１３ チャー回収装置
１４ ガス精製設備
１５ ガスタービン
１６ 蒸気タービン
１７ 発電機
１８ 排熱回収ボイラ
２１ 給炭ライン
２２ 空気分離設備
２３ 圧縮空気供給ライン
２４ 昇圧機
２５ 第１窒素供給ライン
２６ 第２窒素供給ライン
２７ チャー戻しライン
２８ 酸素供給ライン
２９ 異物除去設備
３０ ガス生成ライン
３１ 集塵設備
３２ 供給ホッパ
３３ ガス排出ライン
４１ 圧縮機
４２ 燃焼器
４３ タービン
４４ 回転軸
４５ 圧縮空気供給ライン
４６ 燃料ガス供給ライン
４７ 燃焼ガス供給ライン
４８ 昇圧機
４９ タービン
５０ 排ガスライン
５１ 蒸気供給ライン
５２ 蒸気回収ライン
５３ 復水器
５４ ガス浄化設備
５５ 煙突
１０１ ガス化炉
１０２ 燃焼装置
１０３ シンガスクーラ（熱交換器）
１１１ 圧力容器
１１２ ガス化炉壁
１１３ アニュラス部
１１４ コンバスタ部
１１５ ディフューザ部
１１６ リダクタ部
１１７ 起動用燃焼室
１１８ ガス排出口
１１９ スラグホッパ
１３１，１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ 第１微粉炭バーナ（燃焼バーナ）
１３２，１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄ， チャーバーナ（燃焼バーナ）
１３３ 第２微粉炭バーナ（燃焼バーナ）
１３４ 蒸発器
１３５ 過熱器
１３６ 節炭器
１４１ 第１圧力センサ
１４２ 第２圧力センサ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ 第１燃料ガス
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４ 第２燃料ガス
Ｒ１，Ｒ１３ 旋回半径
Ｒ２，Ｒ１１ 第１旋回半径
Ｒ３，Ｒ１２ 第２旋回半径
Ｔ１，Ｔ３２ 微粉炭旋回流
Ｔ１１ 第１微粉炭旋回流
Ｔ１２ 第２微粉炭旋回流
Ｔ２，Ｔ２１，Ｔ３１ 第１チャー旋回流
Ｔ３，Ｔ２２，Ｔ３３ 第２チャー旋回流
Ｔ１３ チャー旋回流
Ｔ２３ 第３チャー旋回流
Ｔ２４ 第４チャー旋回流

Claims (9)

1. 炭素含有固体燃料をガス化させることで生成ガスを生成するガス化炉装置であって、
   生成される前記生成ガスが内部を流通するガス化炉と、
   前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する上流側に設けられて炭素含有固体燃料を投入して燃焼する燃焼装置と、
   前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する下流側に設けられて前記生成ガスと熱交換する熱交換器と、
   を備え、
   前記ガス化炉は、前記生成ガスが流通する上流側に設けられるコンバスタ部と、前記コンバスタ部より前記生成ガスが流通する下流側に設けられるリダクタ部とを有し、
   前記燃焼装置は、前記コンバスタ部に設けられて前記ガス化炉で前記生成ガスの流通方向に沿う中心軸心をもって旋回半径の異なる複数の燃料旋回流を生成する燃料バーナを有し、
   前記燃料バーナは、前記コンバスタ部に設けられる第１微粉炭バーナ及びチャーバーナと、前記リダクタ部に設けられる第２微粉炭バーナとを有し、前記第１微粉炭バーナまたは前記チャーバーナは、旋回半径の異なる複数の燃料旋回流を生成する、
   ことを特徴とするガス化炉装置。
2. 前記第１微粉炭バーナに対して前記チャーバーナが前記生成ガスの流通方向の下流側に配置され、前記チャーバーナが前記中心軸心をもって旋回半径の異なる複数の燃料旋回流を生成することを特徴とする請求項１に記載のガス化炉装置。
3. 前記第１微粉炭バーナに対して前記チャーバーナが前記生成ガスの流通方向の下流側に配置され、前記第１微粉炭バーナが前記中心軸心をもって旋回半径の異なる複数の燃料旋回流を生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス化炉装置。
4. 前記第１微粉炭バーナと前記チャーバーナは、前記ガス化炉で前記生成ガスの流通方向における同一位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載のガス化炉装置。
5. 前記燃料バーナは、前記ガス化炉の周方向に沿って所定間隔を空けて配置される複数のバーナ本体を備え、前記複数のバーナ本体は、前記中心軸心をもって第１旋回半径の第１燃料旋回流を生成する第１バーナ本体と、前記中心軸心をもって第１旋回半径より大きい第２旋回半径の第２燃料旋回流を生成する第２バーナ本体とから構成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガス化炉装置。
6. 前記第１バーナ本体から前記ガス化炉内に投入する燃料や酸化剤の投入量と、前記第２バーナ本体から前記ガス化炉内に投入する燃料や酸化剤の投入量とを調整する投入量分配装置が設けられることを特徴とする請求項５に記載のガス化炉装置。
7. 前記ガス化炉内のガス化状態を検出するガス化状態検出装置と、前記ガス化状態検出装置の検出結果に基づいて前記投入量分配装置を制御する制御装置とが設けられることを特徴とする請求項６に記載のガス化炉装置。
8. 前記ガス化状態検出装置は、前記ガス化炉における前記生成ガスの上流側の第１圧力と下流側の第２圧力との差圧を検出するものであり、前記制御装置は、前記第１圧力と前記第２圧力との差圧が予め設定された基準差圧より大きくなると、前記投入量分配装置により前記第１バーナ本体の燃料や酸化剤の投入量を増加し、前記第２バーナ本体の燃料や酸化剤の投入量を減少することを特徴とする請求項７に記載のガス化炉装置。
9. 炭素含有固体燃料を粉砕した微粉燃料をガス化して可燃性ガスを生成する請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のガス化炉装置と、
   前記ガス化炉装置により生成された可燃性ガスからチャーを回収するチャー回収装置と、
   前記チャー回収装置によりチャーが回収された可燃性ガスから不純物を取り除くことでガス精製を行うガス精製設備と、
   前記ガス精製設備によりガス精製された可燃性ガスの少なくとも一部と圧縮空気との混合ガスを燃焼してタービンを回転駆動するガスタービンと、
   前記ガスタービンからの排ガスにより蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
   前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気によりタービンを回転駆動する蒸気タービンと、
   を備えることを特徴とするガス化複合発電設備。

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