JPH0159315B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、加圧式石炭ガス化装置、殊にガスを
導びく水冷部材が耐圧部材の中に配置されている
構成の加圧式石炭ガス化装置に関する。

石炭又は他の炭素質固形原料から清浄なガスを
作ることによつて、発電及び／又は化学処理工業
の分野における経済的なエネルギーの燃料及び／
又は化学原料がまちがいなく得られている。

しかして、典型的な石炭ガス化装置において
は、石炭を粉砕して得た微粉炭が適当量の酸素又
は空気と一緒に容器の中に投入される。そして、
石炭が酸素又は空気と一緒に部分燃焼することに
よつて、一酸素化炭素、メタン及び水素などの可
燃物を含有する燃料ガスが作られる。発生したば
かりの燃料ガスは、また、硫化水素、不活性フラ
イアツシユ及び未反応カーボンなどの好ましくな
い物質をも含有する。このため、このような石炭
ガス化装置においては、一般に、最終的な処理の
ために燃料ガス流れから硫黄及び灰物質を取り除
き、また経済的な理由から燃料ガス流れから未反
応カーボンを分離してガス化容器へ再循環して利
用するようにしている。

加圧式石炭ガス化装置は、典型的に燃料ガスを
ガスタービンへ供給するために使用されている３
気圧又はそれより高い絶対圧で作動する。ガス化
反応、発生ガスの冷却、発生ガスの清浄及び装置
の他の作用は、すべて、大気圧式装置の場合より
もコストを相当増加させまた構成を相当複雑化さ
せることを必要とさせるような圧力の下でおこな
われる。したがつて、このようなコストの増加及
び構成の複雑化によつて、その得られる発生ガス
エネルギは高価なものになつている。

典型的な加圧式石炭ガス化装置は、ガス化及び
初期の熱交換をおこなわせるために２重壁の容器
を使用している。このような典型的な２重壁容器
においては、内側水冷室の中でガス化反応がおこ
なわれてその発生ガス流れをこの内側水冷室が導
びき、一方外側耐圧室はこのようなガス化反応処
理の圧力に耐えるのに必要な物理的強さを与えて
いる。このような装置において、内側水冷室の容
器は、外側耐圧室の容器をガス化反応及び発生ガ
スの熱から保護するように設計されている。しか
し、この内側容器は、それ自体、その容器壁を横
切つて生じる圧力差に十分耐えることができるよ
うになつていない。このようなタイプの典型的な
内側水冷室は、蒸気発生器で現在一般に利用され
ているものと同じように、複数の互いに長手方向
で溶接されている水輸送管によつて構成されてい
る。

一方、ガス化反応処理の圧力に耐えるように設
計されている外側耐圧室の容器は、典型的に、ソ
リツドの容器である。このソリツド容器は、内側
水冷室の保護なしには、石炭と酸素又は空気との
発熱反応によつて発生した高熱流束に耐えること
はできない。細長い内外側室のために、これらの
室を夫々形成している水冷部材と耐圧部材との間
に限定している環状空間は、それぞれの部材の修
繕及びメインテナンスのための通路を提供してい
る。

しかして、装置の作動中に発生する熱のため
に、２重壁容器の内外側壁又は部材間に、20cm
（８インチ）又はそれ以上の垂直熱膨張差が生じ
る。２重壁容器には原料の供給、廃棄物の取り出
し及び発生ガスの導出のための複数の出入れ箇所
が必要とされており、したがつてこれらの各箇所
で２重壁容器の長さ方向に沿う垂直熱膨張差によ
る変位に適応して、原料の供給、廃棄物の取り出
し及び発生ガスの導出が確実に行なわれるように
する必要がある。

このような問題を解決するための手段は従来知
られており、この手段はすべりシール、フレキシ
ブルコネクタ又は他の要素を包含する。これらの
従来手段の各々に共通することは、内側水冷室の
出入れ箇所まわりを確実にシールすることができ
ないことである。また、多数の管を長手方向で溶
接して内側室を組立てる従来の典型的な構成又は
方法によると、しばしば、その組立てた内側水冷
室において、ガスが内側水冷室の内部からこの水
冷室を囲繞する外側の環状空間へまたその逆に漏
洩してしまうことがあつた。このような漏洩は、
いまだ清浄化していない未処理の発生ガスは汚れ
ていて腐食性があり前記環状空間内の設備機器に
悪影響を及ぼすので、好ましくないものである。
例えば、もし不活性窒素が前記環状空間に供給さ
れていて、内側水冷室を横切る圧力に多少の差が
生じたときには、このシールガスとしての不活性
窒素が発生ガス流れ中に洩れ、この結果発生ガス
流れが汚染されてその後の発生ガスによる加熱作
用を低下させてしまう。

本発明は、したがつて、このような従来の問題
点を解決するためになされたものである。

本発明によれば、ガスタービン発電の燃料とし
て又はメタン生成あるいは他の化学処理の原料と
して使用するのに適当な清浄でかつ微粒子を含ま
ない燃料ガスを作ることができる加圧式石炭ガス
化装置が提供される。

本発明による加圧式石英ガス化装置は、内部で
ガス化反応がおこなわれる内側水冷室とこの内側
水冷室を囲繞する外側耐圧室とを有するガス化容
器、ガス化反応により発生したガスを冷却するた
めのガス熱交換器を収容する内側水冷室とこの内
側水冷室を囲繞する外側耐圧室とを有する熱交換
容器、及びガス化容器と熱交換容器との間に配設
され、外側耐圧ダクトと発生ガスをガス化容器の
内側水冷室から熱交換容器の内側水冷室へ導びく
ための内側水冷ダクトとを有する渡し導管を包含
する。

本発明によれば、また、ガス化容器の内外側室
を形成する水冷及び耐圧部材間、渡し導管の内外
側ダクトを形成する水冷及び耐圧部材間及び熱交
換容器の内外側室を形成する水冷及び耐圧部材間
にそれぞれ限定した一連の隣接し合う環状空間に
微粒物質が取り除かれて清浄化された発生燃料ガ
スの一部分を導入して、この空間を通して流すよ
うにしている。このように、前記環状空間に清浄
なガスが存在することにより、有害な固体及び汚
染燃料ガスによる悪影響を防止し、機器が損傷し
又は不良となるのを少なくすることができる。

本発明の好適な実施例によれば、ガス化容器
は、その底部に設置されてガス化反応により生じ
た溶融スラグを取り除くスラグタツプを包含す
る。ガス化容器は、また、その内側水冷室と外側
耐圧室との間を水シールすることによつて、内側
室のシール効果を低下させることなしに、外側耐
圧室と内側水冷室との間に生じる熱膨張差に適応
できるようになつている。この水シールを設ける
ことにより、ガス化容器の環状空間へのガス洩れ
を発生させることなしに、溶融スラグを内側水冷
室から外側耐圧室を貫通して取り出すことができ
る。

水シールは、また、ガス化容器の内側水冷室の
壁を横切つて生じる差圧の変化を制限する装置と
して働くので、内側水冷室の壁を比較的弱い強度
のものにすることができる。

以下図面を参照して本発明の好適な実施例につ
いて詳述する。

第１図は、本発明による加圧式石炭ガス化装置
の一例を示す。

石炭ガス化装置はガス化容器２を包含し、この
ガス化容器は高温の燃料ガスを発生する反応をお
こなわせるための内側水冷室４を有する、垂直に
向いた細長い容器である。耐圧部材又は壁６によ
つて限定されている外側の耐圧室は、この内側水
冷室４を囲繞し、高圧反応をおこなわせるための
耐圧エンベロープを形成する。参照符号８により
示す複数の石炭及び酸素又は空気供給ラインから
石炭及び酸素又は空気が内側水冷室４に供給され
る。

ガス化容器２は、熱交換容器１０と縦並びにし
て配置されている。この熱交換容器は内側水冷室
１２を有し、この水冷室の中には該水冷室を通過
する発生ガスを冷却するための複数の熱交換器１
４が配置されている。内側水冷室１２は、また、
耐圧部材又は壁１６によつて限定されている外側
の耐圧室により囲繞されている。この耐圧室は、
その中に収容されている加圧ガスの洩れを防止す
る。

ガス化容器２と熱交換容器１０とは、これらの
容器の間に配置されて水平に向いている渡り導管
１８によつて接続されている。この渡り導管は、
熱い発生燃料ガスを内側ガス化室４から内側熱交
換室１２に導びくための内側水冷ダクト２０を有
する。渡り導管１８は、また、耐圧部材又は壁２
２によつて限定されている外側の耐圧ダクトを有
する。この耐圧ダクトは、２つの容器２，１０の
各耐圧室に密封接続されている。

しかして、以上述べた如き構成によれば、容器
２，１０及び導管１８の各内側の室４，１２及び
ダクト２０を形成する部材と各外側の室及びダク
トを形成する部材６，１６及び２２との間に一連
の隣接する環状空間２４，２６，２８が限定され
る。

第１図に示している本発明の実施例におけるガ
ス化炉はスラツギング式のものであり、このよう
なガス化炉においては、ガス化反応は供給石炭中
に存在している不活性灰物質を溶融させるのに十
分な高い温度で生じる。この溶融した不活性灰す
なわちスラグは、内側室４の壁によつて捕えら
れ、それからその重力の作用により落下し、最後
には内側室４の底部に設けたスラグタツプ開口３
０を通して内側室４から出る。そして、この排出
されたスラグは、耐圧室の壁６を貫通しているダ
クトから最終的に排出される前に、スラグタンク
３２に入る。

蒸気発生及び熱伝達の技術分野に属する当業者
によつて良く認められているように、以上述べた
ような２重壁容器２，１０は、始動、停止及び他
の熱変化中に生じる熱膨張差を十分に許容できる
ものである。渡り導管１８と２つの独立する容器
２，１０との各結合部に大寸法のフレキシブルな
接続部材を使用することなしに、このような熱膨
張に適応するために、各容器２及び１０の内外側
室は最上部分で支持されているとともにこの最上
部分から垂直下向きに垂れ下がつている。

このような支持構成は、渡り導管１８の構造及
び支持を簡単にするけれども、各容器の下方部分
での内外側室を限定する部材間の垂直変位にかな
りの差を生じさせる。容器２の底部は消火したス
ラグの排出箇所であり、また容器１０の底部は冷
却した発生ガスの排出箇所である。冷却した発生
ガスを下方部分で排出する熱交換容器１０のため
には、コルゲートした簡単な膨張継手３４を設け
るだけでよい。すなわち、この膨張継手は、熱交
換容器１０の下方部分から排出される発生ガスの
温度が相当低くて冷たいので、熱交換容器１０の
内側室１２の内部とその外側の環状空間２８との
間に十分な膨張シールを提供する。

これに対し、ガス化容器２においては、ガス化
容器２の内側室４の内部とその外側の環状空間２
４との間の漏洩を防止するために、非常に複雑化
したシール装置が要求される。このため、本発明
によれば、後述するように特別な構成である水シ
ール３６が設けられている。この水シールは、ガ
ス化容器２の内側室４の内部とその外側の環状空
間２４との間を確実に密封するのに適当なシール
を提供し、その上ガス化容器２の内外側室間に熱
膨張差が生じるのを許容する。

第３図は、この水シール３６の詳細を示す。こ
の第３図には、また、スラグタンク３２に加え
て、ガス化容器２の内側室４の下方部分及びスラ
グタツプ開口３０が示されている。

しかして、環状チヤネル３８が、スラグタンク
３２の上方部分のまわりに配設されている。この
チヤネル３８は、水４０又は他の液体で満たされ
ている。また、ダム４２が、内側室４から垂直下
向きに延びている。このダム４２は、内側室４の
下方部分に密封係合されているとともに、チヤネ
ル３８内の水４０の水面よりも下に延びている。
したがつて、第３図を注意深く見ればよくわかる
ように、内側室４は、少なくとも垂直ダム４２の
下端が水４０の水面より下にある限りは、スラグ
流れ通路３０，４４とガス化容器２の環状空間２
４との間にいかなるガス洩れを発生させることな
しに、スラグタンク３２に関して自由に動くこと
ができる。スラグタンク３２は、外側室壁６に固
着されて、この外側室壁と一緒に垂直方向へ移動
自在となつている。

水シール３６は、また、次のような特徴を有し
ている。すなわち、水シール３６は、ガス化容器
２の内側室４の内部とその外側の環状空間２４と
の間に非常に大きくて許容できない圧力差が発生
するのを防止する安全弁としての機能を有する。
すなわち、もし、このような非常に大きい圧力差
が水シール３６を横切つて生じたときには、水シ
ール３６は簡単にそのシール作用を果さなくな
り、内側室４と環状空間２４との各圧力がほぼ等
しくなつて比較的もろい内側室４が破損する危険
性がなくなるまで、高圧区域側からガスがチヤネ
ル３８及び垂直ダム４２のまわりを通過して洩れ
るのを許す。以上述べた水シール３６の安全機能
は、内側室４の内部圧力又はその外側の外部圧力
のどちらか一方が比較的過剰に大きくなつたとき
に行われる。このような水シール３６は、したが
つて、内側室４をより小さな耐圧強さでもつて設
計できるようにさせる。

第３図は、また、水シール３６の水４０を吹き
出すほどの圧力膨張差が発生する前及びその発生
後に水シール３６の作用を維持する手段を詳細に
示している。

すなわち、ガス化装置の作動中、新しい水４０
がチヤネル３８の中に管路６４を通して連続的に
流入している。そして、このチヤネル３８からあ
ふれ出る水は、環状あふれボツクス６６か又はス
ラグタンク３２の中に直接流れる。ボツクス６６
に流れた水も、最終的には、シールドレン管路６
８を通して、水で満されているスラグタンク３２
に流入する。この場合、シールドレン管路６８は
スラグタンク３２の水面７０の下からシールチヤ
ネル３８の垂直高さとほぼ等しい深さまで延びて
いること、及びこのシールドレン管路６８の上端
入口はスラグタンク３２の水面７０よりも上方の
高さに位置していることに注目すべきである。こ
のような配置によれば、たとえ水シール３６がシ
ール作用を果せなくなるほどの過度の圧力差が生
じている状態の下でも、スラグタンク３２の内部
とその外側の環状空間２４との間に好ましくない
水の吸い上げ又は漏洩が発生するのを防止するこ
とができる。

内側室４の比較的大きな過剰圧力によつてシー
ル破壊が生じると、比較的冷たいシール水４０が
隣接する熱い水壁入口ヘツダ７４及び外側室壁６
表面にはねてぬらしてしまう。このような水の飛
まつ（スプラツシユ）を防止して隣接する熱い構
体に好ましくない熱衝撃が生じるのを防止するた
めに、本発明の好適な実施例によれば、環状スカ
ート７２として示されているスプラツシユガード
が設けられている。このスカート７２は、チヤネ
ル３８を囲繞しているとともに、内側室４の壁か
ら下向きに延びている。そして、チヤネル３８か
ら水が飛まつすることによつて減少した水量は、
入口管路６４から供給される新しいシール水によ
つて補充される。

スラグタンク３２からの過剰な水は、スラグタ
ンクあふれボツクス７６に入り、その後このボツ
クスからスラグタンクあふれ管路７８を通して排
出される。スラグタンク３２内に存在する水と接
触することにより冷却されて液相から固体になつ
たスラグは、タンク３２の底部上に沈下し、その
後最終的に輸送導管８０又は他の周知の手段によ
つてタンク３２から取り出される。

次に、第２図を参照して、シールガスを連続し
て隣接し合う３つの環状空間２４，２６，２８に
供給する方法について説明する。

熱交換容器１０を通過して冷却されこの容器か
ら出た発生燃料ガス４６は、最初に固体除去セパ
レータ４８を通過し、その後硫黄除去装置５０に
入る。そして、脱硫された発生燃料ガスは、最終
ダスト除去装置５２に入り、その後管路５４を通
して末端の使用先へ送られる。

しかして、この微粒子及び硫黄が含まれていな
い清浄な発生燃料ガスの一部分４６′は、最初に
ガスコンプレツサ５６及びそれから圧力アキユム
レータ５８を通過してから、ガス化容器２へ戻さ
れる。この加圧した清浄な発生燃料ガスは、ガス
化容器２の環状空間２４に参照符号６０で示す位
置で投入され、それから順次ガス化容器２の環状
空間２４、渡り導管１８の環状空間２６及び熱交
換容器１０の環状空間２８を連続して流れ、その
後参照符号６２で示す位置でこの環状空間２８か
ら抜き出される。そして、この抜き出したシール
ガスは、硫黄除去装置５０と最終ダスト除去装置
５２との間の管路へ戻される。

この場合、内側水冷室４，１２及びダクト２０
の内部圧力よりも多少大きな圧力で清浄な発生燃
料ガスが流れていることにより、ガス化容器２及
び熱交換容器１０の各内側室４及び１２からそれ
らの外側の環状空間２４及び２８へガスが流れる
ことは防止される。逆に、これとは反対方向への
漏洩は発生する、しかし、最初に発生してまだ清
浄されていないガス流れ中に清浄化された燃料ガ
スが混入しても、その発生ガスによる加熱作用を
弱めることはない。

上述したように、本発明によれば、加圧式ガス
化装置の内側水冷部材の内部とこのガス化装置の
内外側部材間に形成されている環状空間との間を
安全かつ有効な方法でシールする装置が提供さ
れ、このシール装置によれば、前記環状空間への
好ましくないガス漏洩を防止し、かつスラツギン
グ式ガス化装置の内外側部材の下方端間の垂直膨
張差に適応することができる。

以上添附図面を参照して本発明の好適な実施例
について説明してきたが、本発明は決してこの特
定の実施例に限定されるものではなく、本発明の
範囲を逸脱することなしに種々の変形がなし得る
ことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による加圧式石炭ガス化装置の
一例を示す概略縦断面図、第２図はその発生ガス
の流れる順序を説明するための図、第３図は第１
図の一部拡大図であつてガス化容器の内側水冷室
の下方部分に設置されている水シールの詳細を示
す。 ２……ガス化容器、４……内側水冷室、６……
外側耐圧室壁、８……石炭及び酸素又は空気供給
ライン、１０……熱交換容器、１２……内側水冷
室、１４……熱交換器、１６……外側耐圧室壁、
１８……渡し導管、２０……内側水冷ダクト、２
２……外側耐圧ダクト壁、２４，２６，２８……
環状空間、３０……スラグタツプ開口、３２……
スラグタンク、３４……膨張継手、３６……水シ
ール、３８……環状チヤネル、４０……水、４２
……ダム、４４……スラグ流れ通路、４６，４
６′……発生燃料ガス、４８……固体除去セパレ
ータ、５０……硫黄除去装置、５２……ダスト除
去装置、５４……ガス排出管、５６……ガスコン
プレツサ、５８……圧力アキユムレータ、６０…
…ガス投入箇所、６２……ガス抜出箇所、６４…
…水入口管路、６６……環状あふれボツクス、６
８……シール水ドレン管路、７０……水面、７２
……環状スカート、７４……水壁入口ヘツダ、７
６……スラグタンクあふれボツクス、７８……ス
ラグタンクあふれ管路、８０……スラグ輸送導
管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温の燃料ガスを発生させる反応がおこなわ
   れる内側水冷室と外側耐圧室とを有する、垂直に
   向いた細長いガス化容器； このガス化容器で発生した燃料ガスを冷却する
   手段を収容している内側水冷室と外側耐圧室とを
   有する、垂直に向いた細長い熱交換容器； 前記ガス化容器と前記熱交換容器との間に配置
   され、前記ガス化容器の内側水冷室からの熱い発
   生燃料ガスを前記熱交換容器の内側水冷室へ運ぶ
   内側水冷輸送ダクトと、一端で前記ガス化容器の
   外側耐圧室にまた他端で前記熱交換容器の外側耐
   圧室に夫々密封係合されている外側耐圧ダクトと
   を有する、水平に向いた渡し導管； 前記ガス化容器の内外側室を形成する部材間、
   前記渡し導管の内外側ダクトを形成する部材間及
   び前記熱交換容器の内外側室を形成する部材間に
   それぞれ限定されて、単一の連続する環状ガス流
   れ空間を形成し、この空間内を流れるガスを前記
   ガス化容器の内側水冷室、前記渡し導管の内側水
   冷ダクト及び前記熱交換容器の内側水冷室内を流
   れる熱い発生ガスから区別する３つの環状空間； 前記熱交換容器で冷却されてこの熱交換容器か
   ら出た発生燃料ガスからこのガスに乗つてきた微
   粒物質を取り除く手段；及び、 この手段で微粒物質を取り除かれた発生燃料ガ
   スの一部分を前記環状ガス流れ空間に導入してこ
   の空間を通して流す手段； を具備してなる加圧式石炭ガス化装置。 ２ ガス化容器がまた溶融した石炭灰を内側水冷
   室から取り除く手段を有し、この手段が前記ガス
   化容器の内側水冷室の底部から下向きに延びて前
   記ガス化容器の外側耐圧室を貫通する垂直スラグ
   流れ通路を包含し、このスラグ流れ通路が前記ガ
   ス化容器の内外側室間の垂直膨張差に適応する気
   密な膨張継手を具備している特許請求の範囲第１
   項記載の加圧式石炭ガス化装置。 ３ 気密の膨張継手が、ガス化容器の外側耐圧室
   に固着されているとともにスラグ流れ通路のまわ
   りに配置されている環状で水が満されているチヤ
   ネルと、前記ガス化容器の内側水冷室に固着され
   ているとともに前記環状チヤネル内の水面の下へ
   向きに延びている環状スカートとを包含している
   特許請求の範囲第２項記載の加圧式石炭ガス化装
   置。 ４ 気密の膨張継手が、また、ガス化容器の内側
   水冷室に固着されているとともに環状チヤネルを
   囲繞し、前記内側水冷室を形成する部材を横切る
   圧力差が過剰になつたときに前記環状チヤネル内
   の水がこのチヤネルに隣接する加熱されている表
   面に飛まつするのを防止するスプラツシユスカー
   トと、前記環状チヤネルに水を補給する手段と、
   前記環状チヤネルからのあふれ水を集める手段と
   を包含している特許請求の範囲第３項記載の加圧
   式石炭ガス化装置。