JPH0240279B2

JPH0240279B2 -

Info

Publication number: JPH0240279B2
Application number: JP62054300A
Authority: JP
Inventors: Shii Tanka Maikeru
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1986-03-27
Filing date: 1987-03-11
Publication date: 1990-09-11
Also published as: JPS62227994A; US4680035A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明は、石炭ガス化炉、殊にエントレンフロ
−（entrained flow）型のスラツギング式ガス化
炉に関する。

従来のエントレンフロ−型石炭ガス化炉とし
て、米国特許第４，343，627号明細書に記載され
たものがある。この従来例によれば、石炭ガス化
炉は、その下方部分の中に炭素質物質（再循環し
たチヤーを含む）を供給空気と一緒に噴射するこ
とにより、運転される。

そして、ガス化炉のこの下方部分での燃焼によ
りガス化反応のための熱が得られ、この温度はガ
ス化炉の底部にあるスラグタツプの開口を通して
溶融灰又はスラグが流出できるような温度に維持
される。このガス化炉のこのような部分は、一般
に燃焼区域と称され、化学量論的状態近くで運転
されて、最大熱量と最大温度とを得、これにより
スラグの取出しを促進するものである。

この燃焼区域で生じた燃焼生成物は、還元区域
に上向きに運ばれ、この還元区域で微粉炭を含む
炭素質物質である追加の燃料が加えられる。この
追加燃料は、チヤーと称されている残りの炭素残
留物と一緒に脱揮発化され、還元区域の燃焼生成
物と反応して、多量の一酸化炭素である可燃性ガ
スを生成する。ガス化発応は、燃焼区域で生成さ
れる燃焼生成物から熱を得る吸熱反応である。こ
のガス化処理は、約930℃（1700〓）の温度に達
するで続けられ、この温度到達時点では実用上の
目的のために、ガス化反応はかなり遅くされる。
そして、残留するチヤー粒子は取出され、その
後、燃焼区域又は還元区域のどちらか一方に再循
環される。

しかして、燃焼区域においては、固体の炭素粒
子の燃焼を促進し、かつスラグを可能な限り流動
化して自由に流れるのを維持するために、最大の
温度を得ることが所望される。

しかし、燃焼区域から還元区域への熱が放散す
ると、燃焼区域の温度が下げられてしまう。

このため、従来、ガス化炉の燃焼区域と還元区
域との間の壁部分を内向きに曲げて、ガス化炉の
総ガス流れ面積の50％程度の大きさを有するかな
り狭い開口を形成することが知られている。この
ような構成では、しかし、ガス化炉の壁を形成す
る多数の管の曲げ及び間隔取りが必要となつて、
製作が面倒となり、高価となる問題がある。しか
も、この管間隔取りは管の長さ方向に沿つて変化
するので、非常に細かくなる問題もある。

また、従来、ガス化炉内の仮想円に対して燃料
を接線方向に向けて噴射し、その遠心作用によつ
て、ガス化炉内に低圧の火炎コアを形成させるこ
とが知られている。そして、この火炎コアの存在
によつて、ガスは還元区域から燃焼区域に引き戻
される傾向となる。このような方法では、しか
し、燃焼区域に好ましからざる冷却をきたすばか
りか、所望される最終成物すなわち可燃性ガスを
も引き込んでしまい、これらのガスが燃焼区域で
燃焼させようとしている炭素質物質よりもむしろ
先に燃焼してしまうという問題がある。

一方、還元区域内で形成されたスラグは、炉壁
に沿つて流下し、それから還元区域と燃焼区域と
の間の炉中央に配置している開口を経てスラグタ
ツプの開口に非常に接近した位置に落下する。こ
れは、還元区域の温度が低いので、スラグが相当
冷えて自由に流動できないことによる。したがつ
て、このようなスラグがスラグタツプの開口縁の
近傍へ落下すると、このスラグタツプ開口の閉塞
を助長する問題が生じる。

以上述べた説明から明らかなように。２段式ガ
ス化炉としては、次のようなものが所望されるも
のである。

第１に、燃焼区域と還元区域との間の放熱が最
小であること。

第２に、ガスが還元区域から燃焼区域へ引き戻
されることがないこと。

第３に、還元区域から落下したスラグが燃焼区
域内の外側位置すなわち中央部から遠く離れてい
る位置に落ち、これによりスラグをスラグタツプ
の開口へ到達する前に十分に加熱して自由に流れ
得るようにさせること。

発明の概要本発明は、したがつて、このような所望をすべ
てかねそなえた２段式石炭ガス化炉を提供しよう
とするものである。

本発明による２段式石炭ガス化炉は、垂直に延
びてガスが上向きに流れるとともに、上端の方に
ガスを排出するための開口を有するガス化炉室を
包含する。このガス化炉室の壁を形成する多数の
管は、ガス化炉室の下端中央位置にスラグタツプ
の開口を形成する。ガス化炉室の下方部分は燃焼
区域であり、この燃焼区域では、燃料噴射手段
（ノズル）が炭素質物質（石炭）を好適にはガス
化炉室内の仮想円に対して接線方向に向けて燃焼
用供給空気と一緒に噴射させて、熱源を得る。一
方、ガス化炉室の上方部分は還元区域であり、こ
の還元区域では追加の燃料が投入されて、ガス化
される。そして、これらの燃焼区域と還元区域と
の間の中央にはバツフルが配置されている。この
バツフルは、スラグタツプの開口よりも大きい大
きさを有し、バツフルのまわりから落下するスラ
グがスラグタツプの開口から遠く離れた所で落ち
るように配置されている。

この中央に配置したバツフルは、燃焼区域から
還元区域への放熱損失を最小にし、またこれらの
燃焼区域と還元区域との間のガス化炉室の中央部
分を遮断して、ガスが還元区域から燃焼区域側へ
引き戻されないようにし、更に還元区域から落ち
て燃焼区域に入るスラグをスラグタツプの開口か
ら遠く離れた位置に強制的に落とし、これにより
スラグがスラグタツプの開口を通過する前にスラ
グを十分に加熱することができるようにしてい
る。

好適な実施例の説明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図において、２段式石炭ガス化炉１０は円
形横断面のガス化炉室１２を有し、このガス化炉
室はバツフル１４によつて、燃焼区域１６と還元
区域１８とに分割されている。燃焼区域１６は実
質的に円筒体であり、この円筒体を多数の垂直蒸
発管２０によつて限定している。これらの垂直蒸
発管にはヘツダ２２から水が供給され、蒸発管の
管内を水が上昇し気水混合体とされてヘツダ２４
にて送り出された後、さらに、気水混合体がこの
ヘツダから蒸気の貯留及び水の再循環を計るため
の気水ドラム（図示せず）に供給される。

一方、炭素質物質を主体にした燃料は、再循環
したチヤーまたは微粉炭からなり、この燃料は燃
焼区域１６内の仮想円に対して接線方向に向けて
配置されている燃焼噴射ノズル２６から燃焼区域
１６内へ投入される。また、燃焼用空気は風箱２
８を通して供給される。この空気は多くの場合燃
焼酸化性物質として使用されているが、酸素を十
分に含有する空気又は純酸素も使用することがで
きる。燃焼区域１６は、ほぼ化学量論的状態で運
転され、この状態では、燃焼区域１６内に供給さ
れる空気の量は、理論上の完全燃焼に必要な空気
量に近いものとされている。この結果、燃焼区域
１６内における燃焼温度は最高の状態にある。

このような燃焼にて生じた燃焼ガスは、バツフ
ル１４の周囲に設けられている空間３０を上向き
に通過して、還元区域１８に流れる。そして、こ
の還元区域の下端部において、微粉炭を含む炭素
質物質を主体にする追加の燃料が燃料噴射ノズル
３２から噴射される。この石炭燃料は吸熱反応に
さらされている間に脱挿発化されて、ガス化さ
れ、これにより可燃性ガスが生成される。この生
成ガスは、上向きに通過し、それから約930℃
（1700〓）の温度で開口３４を通して流出する。
石炭に含まれる灰分が燃焼区域１６内で熱せられ
て、溶融スラグが形成され、この溶融スラグは、
燃焼区域１６の壁の内表面３６上にかなり堆積す
る。そして、燃焼区域１６は約1650℃（3000〓）
の設定温度で運転されているため、スラグはかな
り流動状となり、その結果、この流動状スラグが
壁面から底部に流れ落ちて、底部に設けられてい
るスラグタツプの開口３８を通して、水張りホツ
パ４０の中に投入される。

このスラグは、低温下では粘着性を帯びるよう
になり、このままの状態ではスラグがスラグタツ
プの開口３８に付着して、次第にスラグタツプの
開口３８周辺を塞いでしまうので、常に高温度に
維持されている。

燃焼区域１６において生じた灰分の一部分は還
元区域１８の中に運び上げられ、さらに、この灰
分には噴射ノズル３２から噴射された燃料の燃焼
により生じた灰分が追加されて増加する。少しの
スラグがバツフル１４の頂部に落ちている間に、
大部分のスラグは、壁を形成する多数の管２０の
内表面４２に堆積する。そのときのスラグは、よ
り粘着性を帯びているが、しかし、燃焼区域１６
の中へ壁を伝わつて徐々に流れ落ちていく。とき
には、スラグは、壁に堆積し、凝固して大きな塊
となり、その後すぐに落下していくこともある。

還元区域１８で生じてガス化炉１２の中央部を
落下するスラグは、炉中央に配置されているバツ
フル１４によつて、外側方向へ流れ落ちていき、
それから床板４４の外側方向すなわちスラグタツ
プの開口３８から遠く離れている側の部分に落下
する。従つて、このスラグは、加熱されて温度が
高められる十分な機会が与えられて、粘度が低下
するので、スラグタツプの開口３８を自由に通過
していく。

燃焼区域１６及び還元区域１８の燃料噴射ノズ
ル２６及び３２の両方とも、混合を促進するため
に、ガス化炉１２内に仮想円に対して接線方向に
向けられて、火炎を形成するようにされている。
バツフル１４は、ガスが還元区域１８から燃焼区
域１６の中に引き込まれそうになる傾向のある、
前記仮想円上で形成された火炎の中央部のコアを
遮断する。

そしてまた、このバツフル１４は、燃焼区域１
６から還元区域１８への放熱を遮断する働きもな
し、これにより燃焼区域１６の温度を最大にす
る。

第２図に示すように、バツフル１４は、ガス化
室１２内でハンガー管４６によつて支持され、か
つ４本の遮へい兼支持管４８によつて補強されて
いる。複数の管から構成されるバツフル１４は、
好適には、その底部側面が耐火層５０で、またそ
の上部側面が例えば炭化硅素等の耐火層５２でそ
れぞれ被覆されている。さらに、バツフル１４の
頂部における耐火層５２は、図示するような形状
に作られて、ガスの流れパターンを改善し、バツ
フル１４への粒状物質の付着も最小限とするよう
にしている。このように、バツフルを耐火物で被
覆しても良いのは、このバツフルは熱を吸収する
ことではなくて、単にガスを遮断するものであ
り、高温環境下で働かなくてはならないために、
単に水冷が要求されるだけであることによる。

このバツフルのための水冷は、第３及び４図に
示されているように、ヘツダ５４（第２図参照）
から供給された水を入口管５６を通してパンケー
キコイル５８の中へ流れて通過することによつて
得られる。このパンケーキコイルを通過した水
は、その後、支持管４６を通して上向きに流れ、
上部ヘツダ６０（第１図参照）へ入る。このよう
な冷却水は、その流れの途中においてガスにより
加熱されて形成された蒸気を含むものであり、従
つて、この水・蒸気混合体は上部ヘツダ６０から
蒸気ドラム（図示せず）に導かれて、蒸気が分離
される。そして、この蒸気を分離された水が再び
ヘツダ５４に戻される。この場合、水の流れる路
を前述したように連続的な上向きの通路とするこ
とにより、水の流れ中に蒸気が生じる可能性を減
少することができる。第５及び６図は四角形の横
断面を有するガス化炉７０に使用されるバツフル
１４の例を示す。バツフル１４は、この四角形横
断面のガス化炉７０内に配置される。バツフル１
４のための冷却水は入口ヘツダ７２から導入さ
れ、サーペンタイコイル７４を通過して出口ヘツ
ダ７６へ流れる。また、このバツフルは、その上
部表面が耐火層７８でまたその下部表面が耐火層
８０でそれぞれ覆われている。そして、バツフル
１４は第６図に示すように山形の形状につくら
れ、また第５図に示すようにその外周まわりにガ
スの通過空間８２が限定される。

一例として、ガス化炉の出口における上向きの
ガス流れは、ガス温度が約930℃（1700〓）で６
〜９ｍ／sec（20〜30ft／sec）の割合で流れる。
そして、このガス化炉のガス流れ面積の半分をバ
ツフルよつて覆うことによつて、前述した空間を
通過する際のガス速度は約30〜46ｍ／sec（100〜
150ft／sec）となる。この速度の値は、ガスの温
度が約1650℃（3000〓）のときには、よりかなり
高いものとなる。また、バツフルは、燃焼区域か
らの放熱を遮断するために、ガス化炉のガス流れ
面積のできるだけ多くの部分を覆うようにするこ
とが所望されるものである。しかし、バツフルが
覆え得る面積は、高速度のガスによるエロージヨ
ン作用によつて制限され、従つて、実際上はガス
化炉のガス流れ面積の約50％がバツフルにより遮
断される量である。

それから、バツフルの大きさはスラグタツプの
開口の大きさよりも大きくされるとともに、この
バツフルはスラグタツプの開口の投影面積の直上
に配置される。したがつて、バツフルはスラグタ
ツプの開口の真上でこのスラグタツプの開口を実
質的に越えて横に延びることになる。これによつ
て、バツフルの縁からしたたり落ちるスラグは、
スラグタツプの開口に流入する前に、スラグタツ
プから遠く離れた位置に流れ落ちて加熱され、そ
の温度が高められて粘度が低くなり、これによ
り、スラグタツプの開口が閉塞される可能性を最
小にしている。

以上述べたように、本発明によるガス化炉によ
れば、還元区域内の低温のガスが燃焼区域内に入
つて逆混合する可能性が除去され、また放熱によ
る燃焼区域の冷却を除去するような遮へい構成が
提供され、更にガス化炉の運転中におけるスラグ
タツプの開口の区域でのスラグの流動化の維持を
促進することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による２段式石炭ガス化炉の一
例を示す概略側面図、第２図はこのガス化炉の内
部中央に配置されているバツフルの取付状態を示
す側面図、第３図はこのバツフルの概略平面図、
第４図は同じくこのバツフルの縦断面図、第５図
は４角形横断面のガス化炉に使用されるバツフル
の一例を示す概略平面図、第６図はこのバツフル
の概略縦断面図である。１０……２段式石炭ガス化炉、１２，７０……
ガス化炉室、１４……バツフル、１６……燃焼区
域、１８……還元区域、２０……多数の垂直に延
びる管、２６，３２……燃料噴射手段（ノズル）、
３８……スラグタツプの開口。

Claims

【特許請求の範囲】

１垂直に延びてガスが上向きに流れるととも
に、上端の方にガスを排出するための開口を有す
るガス化炉室と、このガス化炉室の壁を形成する
とともに、ガス化炉室の下端中央位置にスラグタ
ツプの開口を形成する多数の垂直に延びる管と、
前記ガス化炉室の低い高さ位置で炭素質物質を噴
射する燃焼用燃料噴射手段と、前記ガス化炉室の
高い高さ位置で炭素質物質を噴射する還元用燃料
噴射手段と、これら燃焼用及び還元用の燃料噴射
手段間の高さ位置で前記ガス化炉室の内部中央に
配置され、ガス化炉室の上方部分に還元区域をま
たガス化炉室の下方部分に燃焼区域を限定するバ
ツフルとを包含し、前記還元区域内で形成される
スラグが、前記ガス化炉室の下端中央位置にある
前記スラグタツプの開口へ流れる前に、前記ガス
化炉室の外側位置で前記バツフルを通過して流れ
るようにしてなる２段式石炭ガス化炉。