JPH0455634B2

JPH0455634B2 -

Info

Publication number: JPH0455634B2
Application number: JP61079932A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Morihara; Tomohiko Myamoto; Shuntaro Koyama; Shunsuke Nokita; Takao Hishinuma
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-04-09
Filing date: 1986-04-09
Publication date: 1992-09-03
Also published as: EP0241866A3; JPS62236891A; CN87102638A; CN1005571B; DE3763881D1; EP0241866B1; EP0241866A2; US4806131A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は石炭のガス化プラントに関し、さらに
詳しく言えば石炭又はその他の炭化水素類をガス
化剤と共に石炭ガス化炉に供給し高温、高圧下で
反応させ可燃性ガスを得ると共に、ガス化炉底部
で石炭中の灰分を溶融させ（この溶融灰を以後ス
ラグと呼ぶ）、さらに下部に位置する急冷室にス
ラグを滴下させるためのスラグ滴下器を配した石
炭ガス化炉のガス方法に関する。

〔発明の背景〕

石炭は、豊富な埋蔵量を持つ有用なエネルギー
源であるが、固体であり且つ灰分を多く含有して
いるため、石油や天然ガスに比べてその利用分野
が限定されている。しかし、この石炭をガスや液
に転換すれば、利用分野が大幅に広がり有益なエ
ネルギー源になり得るため、各国で石炭を流体化
する技術を開発している。

このような情勢下で、特に石炭ガス化複合発電
システムが、次世代の発電方法として注目されて
いる。石炭ガス化複合発電システムとは、石炭ガ
ス化炉で高温の可燃性ガスを生成させ、生成ガス
の顕熱を熱回収してスチームを作りスチームター
ビンを駆動させ、これと同時にガス化した可燃性
ガスでガスタービンを駆動させるものである。こ
のシステムでは、従来のスチームタービンだけの
場合に比べ発電効率を数％向上させることができ
る。石炭ガス化炉は、この石炭ガス化複合発電シ
ステムの主要な要素機器であり、各社で研究開発
が行われている。

石炭ガス化では、固定層、流動層、噴流層等の
形式により高効率でガスに転換することが試みら
れている。各形式による課題は石炭中の灰をガス
化する際、いかに効率的に生成ガスと分離し、無
公害物としてガス化炉から分離するかである。

無公害物として石炭中の灰を取り出す方法とし
て、灰を溶融させ灰の表面を灰自身の持つ成分で
被い、ガラス質化する。このような灰の処理方法
は石炭灰中に含まれる有害金属を封じ込めること
ができる。例えば、この石炭灰を埋め立てに用い
た場合、水分等により有害金属が流れ出さないの
で、環境衛生上、有効な灰の処理方法である。ま
た従来、微粉炭化力ボイラーで排出させた灰分で
あるフライアツシユと比較して、比重を数倍にで
きるので灰の容積を飛躍的に小さくでき、取り扱
いに大きな利点を持つた処理方法である。そのた
め前記の固定層、噴流層等のガス化炉においても
石炭灰を溶融させたスラグを炉底部のスラグタツ
プに蓄え、更に下部のスラグ冷却室に滴下させる
構造を採用している。

このスラグタツプからスラグ冷却室へスラグを
安定に滴下できなかつた場合、様々なトラブルを
引き起こしてしまう。例えば、定常的にスラグを
滴下できなかつた場合、石炭中灰分がガス化炉後
流に大量に飛散する。後流に設置したサイクロン
がバグフイルター等の集塵装置では、設計値以上
のダストの侵入により、差圧過多、閉塞等のトラ
ブルが発生し、最悪の場合管路の閉塞によりガス
化炉を緊急停止せざるを得なくなる。

また、スラグタツプが閉塞すると、炉底部にス
ラグが溜り、それでも運転を続けると下段バーナ
の出口を塞ぎ炉の運転を中止せざるを得なくな
る。再度運転を開始するためには、炉を解体し炉
底部の補修、スラグタツプの交換を行なわねばな
らず最悪の場合、炉を再起不能にしてしまう。

一般に石炭は産出場所により含有する灰分割
合、灰中の組成が異なるので、灰の溶融温度も
様々であり、低い温度では1200℃程度で溶融する
灰もあれば1600℃以上でも溶けない灰もある。

従つて、様々な灰分組成が異なる炭種の石炭を
用いても溶融スラグの安定滴下が可能な炉を開発
することが石炭ガス化にとつて重要な課題の一つ
である。

スラグタツプに関しては、例えば特開昭55−
54395号公報、特開昭54−58703号公報に記載があ
る。前者はスラグ滴下部の構造と材質に関するも
ので、後者は滴下部を加熱するためのバーナ構造
に関するものである。これら技術の目的とすると
ころは、スラグを安安定に滴下するためのもの
で、前者は灰の融点の低い石炭で用いる方法であ
るが、高い融点を持つ灰の滴下には難点がある。
後者は加熱バーナを持つため高融点の灰に対して
も有効である。しかし、滴下部に設けた加熱器の
空気リングとガスリンングが２段になり、長期使
用では熱的な歪を受け火炎がスラグを滴下させる
に良好な位置からずれる。また、ガス流とスラグ
の滴下方向が反対なので良好好な滴下は得られに
くい。また、特開昭57−76506号公報では、加熱
部を一の炉と考え多段のガス化炉を構成し、スラ
グタツプ下部の炉では比較的灰分の少ない重質油
を用いて加熱を行なつている。

これらの難点は補助的加熱手段としてバーナと
用いた点にある。確かにスラグを良好に滴下させ
るためには、その融点以上の温度にスラグ滴下器
の温度を維持する必要があり、このためには、熱
効率が良い補助的加熱手段として、バーナを用い
ることが最も適している。

しかし、スラグタツプ下部を加熱するには補助
的燃料として、灰分を含まない高価なクリーン燃
料を用いねばならないため経済的に不利である。
この欠点を補うため従来様々な検討が成されてき
た。それらの提案は主に燃料に関するものであつ
た。例えば、補助燃料として、生成ガスを用いる
ことが提案された。もともと、石炭ガス化炉では
可燃性ガスを生成するので、他に何ら燃料を必要
とせず有効である。しかし、生成ガスをリサイク
ルする際に加圧してガス化炉へ供給せねばならず
装置は複雑となる。更に、高温のガスを冷却して
精製し使用するので熱損失が大きい。また、石炭
自体を補助燃料として用いる例が特開昭51−
76302号公報で提案されている。しかし石炭を燃
焼させた際に生じる溶融灰がスラグタツプの下部
に付着し運転上問題となる。

何れにしろ、バーナを設置した場合には、それ
に付随した燃料供給装置や制御装置が必要となり
極めて複雑なシステムになる。また、最近のガス
化炉は、高効率化や大容量化を目的に高圧化が進
められているが、高圧下においては、バーナの着
火や制御に技術的な多くの問題点がある。高圧下
で用いるバーナは開発途上であり信頼性のある技
術の確立は今だなされていない。

スラグタツプに要求される究極的な姿は、炉自
身の熱でスラグタツプを加熱することである。こ
のような観点に立つて提案されたものは大きく分
けて２通りある。一つは炉内の高温な生成ガスを
スラグタツプ内に通過させて、スラグタツプを加
熱する所謂ダウンブローと呼ばれるものである。
もう一方はガス化炉内の熱を伝熱によりスラグタ
ツプに伝るものである。

炉内の高温な生成ガスをスラグタツプ内に通過
させて、スラグタツプを加熱するものとしては既
にその効果を兼ね備えている代表的な例としてテ
キサコ型の炉がある。テキサコ型の炉とは、ガス
化炉底部に配置したスラグタツプから直接生成ガ
スを抜き出すものである。従つて、スラグタツプ
の閉塞は起りにくい。しかし、ガス流れを下向き
にすると、石炭粒子とガス化剤の相対速度が少な
くなり、ガス化効率が低下させてしまう。更に、
本来スラグタツプでは溶融スラグを生成ガスから
分離しスラグだけを抜き出すことが望ましいが、
生成ガスの全量をスラグタツプから抜き出すため
にスラグがガスに同伴されスラグ分離効率が悪く
なる。

ガス流れが上向きで生成ガスの一部をスラグタ
ツプから抜き出す例として特開昭59−232173号公
報がある。しかし高温のガスを流す管の材質に問
題がある。また、オリフイスとしての吸引効果を
十分に行なわせるためには、炉出口の速度を
100m／ｓ以上にする必要があり、炉出口部の材
料の摩耗が懸念される。

〔発明の目的〕

本発明は係るスラグタツプに関し、あらゆる炭
種の石炭をあらゆる負荷重でガス化するに際し、
余熱のための付加的な加熱手段を何ら用いること
なく、スラグを良好に滴下させることを目的とす
るものである。

〔発明の概要〕

本発明の概略及び基本となる原理を以下に説明
する。スラグを滴下させる際に溶融状態を保つた
めには、その滴下させる雰囲気をスラグ溶融に十
分な温度、更に詳しく言えば石炭中灰分の溶融点
以上の温度にせねばならない。従つて、既に石炭
中の灰分を溶融させスラグ状にした炉内の雰囲気
ガスを、スラグと共に炉内より持ち出し、スラグ
の滴下が終了するまで共存させることが理想であ
る。すなわち、炉内の高温ガスの１部分をスラグ
滴下のために持ち出し、速やかに炉内に戻してや
ることが理想的なスラグタツプの温度維持方法で
ある。

このような課題に答えるべく本発明は生まれ
た。スラグタツプからスラグと共に炉内ガスを持
ち出しガスだけは炉内にスラグタツプより戻す、
この基本原理を次に述べる。

鉛直方向に軸を持つ円筒あるいはそれに類する
容器へ、石炭及び酸化剤を噴霧し、軸を中心とす
る旋回流を形成させる。一般に強い旋回流では、
周方向速度が半径方向、軸方向速度に比べて十分
に速く、このような場合容器内半径方向のガス圧
力分布は次式により表現される。

dP／drρVθ²／ｒ上式でＰは圧力、ρはガスの密度、Vθは周方
向速度、ｒは半径を示す。上式で示されるよう
に、旋回流では流体に加わる遠心力と圧力がバラ
ンスするため、中心付近に負圧が形成され、壁と
の間に大きな圧力差を生じる。この圧力差を用い
て、炉内の高温ガスをスラグタツプに通過させ
る。

上記容器の下方にはスラグ冷却室を設け、該旋
回流により容器底部に生じた水平方向に圧力の異
なる部分をスラグ冷却室と連通させる。すなわち
圧力の低い部分とは容器の軸と炉底部が交差した
地点で、ここをスラグ冷却室と連通させガス戻り
孔とする。また、圧力の高い部分とはガス戻り孔
より容器の壁側の地点で、ここをスラグ冷却室と
連通させスラグ流下孔とする。スラグ冷却室は旋
回流の存在しない領域なので、容器内の圧力の高
い部分よりは圧力が低く容器内の圧力の低い部分
よりは圧力が高い。そして、連通部では圧力の高
い部分より圧力の低い部分へガスの流れが生じ
る。すなわち、旋回流の生じさせた圧力の高い部
分から旋回流の存在しない領域へガスが流れ、更
にこのガスは旋回流の存在しない領域から、旋回
流の生じさせた圧力の低い中心部分へ流れる。こ
の原理を用いて、ガス化炉内のガスを用いて、ス
ラグタツプを加熱する。

スラグタツプ外周部の孔を通つてガス化室から
スラグ冷却室に導かれるガスは、主にガス化室の
底部で生成したガスであり、ガス化が十分に進ん
でおらずCOやH₂などの有用ガスを含んでいる。
従つて、このままガス化炉から排出してしまつた
のでは、ガス化効率の低下を招くことになる。本
発明では、スラグ冷却室に導かれたガスを再びガ
ス化反応が行なわれている高温のガス化室に戻し
てガス化しガス化効率の低下を防止する。

〔発明の実施例〕

次に、第３図を用いて本発明の基本原理の詳細
をまず説明する。第３図ａは、ガス化炉内の周方
向速度Vθの分布を、第３図ｂは、ガス化炉内の
圧力Ｐの分布を、第３図ｃは、本発明のスラグタ
ツプ部分断面の略図を示す。

旋回流中では、第３図ａに示すように、特定の
半径位置では周方向速度分布を極大値を示す。こ
の速度分布は一般的な渦の典型的な流れであり、
強制渦と自由渦とが合成されたものである。旋回
流の中心付近では強制渦の領域で、半径と速度が
比例関係にあり、半径の増大に連れ速度が増大す
る。一方、旋回流の中心に対して外側は自由渦の
領域で、半径と速度が反比例関係にあり、半径の
増大に連れ速度が減少する。従つて、第３図ａに
示すように、特定の半径位置で極大値となる速度
分布を示す。

次に、このような周方向速度分布における半径
方向の圧力分布を第３図ｂに示す。周方向速度に
より生じる遠心力とバランスするため、中心に対
して外側の圧力が高くなる。従つて第３図ｂに示
すように、中心部で下に凸になる圧力分布とな
る。

このような半径方向の圧力分布を形成させるの
には、炉周壁に対して接線方向に設けた石炭バー
ナ１から微粉砕した石炭５と酸化剤を噴出し、炉
の下方には第３図ｃに示すスラグタツプ３を設置
する。このスラグタツプ３には、旋回の外側にス
ラグ流下孔７を旋回の中心にガス戻り孔４を設け
る。また、本説明においては、旋回流の中心部の
ガス戻り孔４には堰あるいは傾斜２を設け、スラ
グ６が滴下しない構造を用いる。スラグタツプ３
より下部では旋回流を形成させないため半径方向
で一様な圧力分布を示す。スラグタツプ３上部と
下部の圧力を比較すると、旋回中心部のガス戻り
孔４では上部の圧力が下部より低くなる。また、
旋回の中心より外側のスラグ流下孔７では上部の
圧力が下部より高くなる。このため、旋回流の中
心のガス戻り孔４では下部より上部へ、旋回流の
外側のスラグ流下孔７では上部より下部へガスが
流れる。しかして炉内の高温ガスは、スラグ流下
孔７からスラグタツプ３下部に出た後、ガス流れ
８となつてガス戻り孔４より再度炉内へ戻る。

炉内のガスはスラグ６を溶融させるのに十分高
温である。従つて、スラグ流下孔７から炉外に出
るガスも炉内と同様に高温である。このガスがス
ラグ流下孔７を通過する際に、ガスの持つ熱が対
流あるいは放射によりスラグ流下孔７へ伝達し、
スラグ流下孔７をスラグを溶融させるのに十分高
温に維持する。

一方石炭中の灰分は、炉内の熱で溶融してスラ
グとなりガスの旋回流に同伴されることにより遠
心力を受け炉壁に移動する。炉壁は既に溶融した
スラグ６により濡れた状態になつている。スラグ
６は、炉壁に付着し、ある一定量に達すると動力
により炉壁を伝わつてスラグタツプ３へ移動しス
ラグ流下孔７より滴下する。

スラグ６は、重力により滴下するが、ガス流れ
はガス戻り孔４に向かう。スラグ６はガスの急激
な流れの方向変換に追随できずガス流れと分離し
てスラグ冷却室へ滴下する。

以上により補助的加熱手段を何ら用いることな
く、ガス化炉内に高温ガスを循環させることによ
りスラグタツプ３のスラグ流下孔７をスラグ溶融
温度以上に加熱することができ、スラグ６を安定
に流下させることができる。

更に、本発明の実施例１を第１図，第２図及び
第４図により説明する。

第４図は、本発明の実施例１のガス化装置の概
略を示す。全体は石炭供給部、ガス化炉、及びリ
サイクル装置より構成される。

石炭供給部は、微粉砕された石炭１６の加圧ホ
ツパ２３とその直下に開孔接続した供給ホツパ２
４、供給ホツパ２３の下部に設置したロータリフ
イダ３３、エダクタ３２より構成される。これら
はバルブ１０１，１０２，１０３により圧力が調
整される。またエダクタ３２には搬送ガス１７を
供給する配管が施されている。

石炭ガス化炉１２には下段石炭バーナ１、上段
石炭バーナ５２、チヤバーナ５１を設置し、これ
ら各バーナには酸素あるいは空気などのガス化剤
１８も同時に供給される。ガス化剤１８の流量は
バルブ１０４乃至１０６で調節される。石炭ガス
化炉１２下部にはスラグ冷却用水の循環装置を、
石炭ガス化炉１２上部の出口にはリサイクル装置
を接続する。

スラグ冷却用水の循環装置として石炭ガス化炉
１２へ水を循環させるため、水溜４２が設けら
れ、水溜４２には冷却水が溜められる。そして水
溜４２の冷却水はポンプ４１、バルブ１１１を介
して石炭ガス化炉１２の水槽に送られる。更に、
石炭ガス化炉１２から排出されたスラグを常圧の
系外に抜き出すためスラグ排出用ホツパ２８を設
置し、廃棄スラグ２０として排出される。

リサイクル装置は、石炭ガス化炉１２の後流に
設置したサイクロン３１、捕集したチヤーを一時
的に蓄えるサイクロンホツパ２５、直下に設置し
てチヤー加圧ホツパ２６とチヤー供給ホツパ２
７、チヤー供給ホツパ２７の下部に設置したチヤ
ーロータリフイダ３５、チヤーエダクタ３４より
構成される。これらはバルブ１０７，１０８，１
０９，１１０により圧力が調整される。またチヤ
ーエダクタ３４には搬送ガス１７を供給する配管
が施されている。エダクタ３５の出力にはチヤー
用のバーナ５１が接続される。尚１９はサイクロ
ン３１でチヤーを分離した生成ガスである。

石炭ガス化炉１２内部の詳細を第１図及び第２
図により説明する。第１図は石炭ガス化炉の縦断
面図を表し第１図のＡ−A′断面図を第２図に示
す。ガス化室１０の周囲は耐火材１１で囲われ、
更に断熱材１５で保温される。スラグタツプ３の
下部は低温なので低温用耐火材１３で覆われる。
またスラグタツプ３に下部には水槽９が設けられ
ている。第２図に示すようにスラグタツプ３は中
央にガス戻り孔４及びその周囲に複数のスラグ流
下孔７が設けられている。

ガス戻り孔４の上面はスラグ流下孔７の上面に
比べて高くスラグが滴下しない構造に構成してい
る。また、石炭バーナ１は炉の接線方向に向けて
設置されている。

次に本発明の動作を第４図により説明する。適
当な粒径に粉砕された石炭１６は、加圧ホツパ２
３に供給され、石炭ガス化炉１２よりも高い圧力
にバルブ１０１より供給される搬送ガス１７で加
圧され、バルブ１０２により既に加圧されている
供給ホツパ２４に送られる。石炭１６はロータリ
ーフイーダ３３で計量され、エダクタ３２内で、
バルブ１０３により流量が制御された搬送ガス１
７と混合され、上段石炭バーナ５２、下段石炭バ
ーナ１へ送られる。バルブ１０４，１０５で流量
が調節されたガス化剤１８と石炭１６は、上段石
炭バーナ５２、下段石炭バーナ１からガス化炉１
２内へ噴出される。

炉内に供給された石炭１６は、ガス化剤１８の
酸素（あるいは空気）と接触反応して高温の熱と
可燃性のガスを生成する。特に炉の接線方向に上
段石炭バーナ５２、下段石炭バーナ１を設置した
ことで、炉内に強いガスの旋回流を形成するの
で、石炭１６とガス化剤１８は良く混合し反応が
促進される。

石炭１６中に含まれる灰分は高温の雰囲気と、
石炭１６自身の燃焼により発生した熱で溶融しス
ラグになる。炉内の旋回流により、スラグは遠心
力を受け、炉壁に付着し、炉壁を伝つて炉底部の
スラグタツプ３に到達する。

更に、ガス化炉１２内の動作を第１図により説
明する。

旋回流中では周方向速度により生じる遠心力と
バランスするため中心に対して外側の圧力が高く
なり、中心部で下に凸になる圧力分布を示すこと
は既に述べた。スラグタツプ３より下部では、旋
回流を形成させないため半径方向で一様な圧力分
布を示す。スラグタツプ３上部と下部の圧力を比
較すると旋回の中心部では上部の圧力が下部より
低くなる。また、旋回の中心より外側では上部の
圧力が下部より高くなる。このため、旋回流の中
心にあるガス戻り孔４では下部より上部へ、旋回
流の外側にあるスラグ流下孔７では上部より下部
へガスが流れる。

しかしてガス化室１０内の高温ガスは、スラグ
流下孔７からスラグタツプ３を通過してスラグタ
ツプ３の下部に移動した後、ガス戻り孔４より再
度ガス化室１０内へ戻る。ガス化室１０内のガス
はスラグを溶融させるのに十分高温である。従つ
て、スラグ流下孔７からガス化室１０外に出るガ
スもガス化室１０内と同様に高温である。この高
温ガスの持つ熱は、スラグ流下孔７を通過する際
に放射あるいは対流によりスラグ流下孔７に伝達
され、スラグ流下孔７の上面及び下面をスラグを
溶融させるのに十分な高温に維持される。

炉壁を伝わつて流下してきたスラグは、スラグ
流下孔７のガスの通過によつてスラグ滴下に対し
て十分高温に維持され、スラグ流下孔７を滑らか
に通過する。滴下するスラグは、重力により落下
するので、ガス流れと分離し炉下部の水槽９に滴
下する。スラグ流下のために用いた高温の炉内ガ
スはガス戻り孔４により再度炉内に戻される。

以上により補助的加熱手段を何ら用いることな
く、スラグタツプ３のスラグ流下孔７をスラグ溶
融温度以上の高温に加熱することができ、スラグ
を安定に流下させることができる。

次にスラグ冷却用水の循環装置の動作を第４図
により説明する。水槽９内には、ポンプ４１で常
に冷却水が供給され、水槽９内の温度が水の蒸発
温度以下に維持すべくバルブ１１１によりコント
ロールされる。また、高温となつた戻り水２２
は、冷却されて再度循環水槽４２に戻すか、その
ままユテイリテイーとして用いられる。

スラグは1000℃以上の高温であり、100℃以下
の水槽９内に滴下すると、急冷される。スラグに
は急冷により生じた密度差で亀裂が生じて粉々に
砕け、水砕スラグになる。水槽９内に保持された
水砕スラグは、バルブ操作によりスラグホツパ２
８に溜めて減圧され廃棄スラグ２０として排出さ
れる。

次にリサイクル装置の動作を第４図で説明す
る。石炭ガス化炉１２で生成した中のチヤーは、
サイクロン３１で捕集され、直下に設置したサイ
クロンホツパ２５に保持されチヤー加圧ホツパ２
６とチヤー供給ホツパ２７を経て、チヤーロータ
リフイーダ３３に送られらる。サイクロンホツパ
２５、チヤー加圧ホツパ２６、チヤー供給ホツパ
２７はバルブ１０７，１０８，１０９により調整
して供給される搬送ガス１７でサイクロンホツパ
２５はサイクロンホツパ３１と同圧に、チヤー加
圧ホツパ２６、チヤー供給ホツパ２７はガス化炉
１２よりも若干高い圧力に維持される。チヤーロ
ータリフイーダ３５で定量化されたチヤーは、チ
ヤーエダクタ３４より搬送ガス１７と混合されチ
ヤーバーナ５１からガス化剤１８と共に石炭ガス
化炉１２に送られ再度ガス化される。

スラグ流下に適正なガス循環量は、計算により
求められる。

炉内の周方向ガス速度分布は、昭和56年７月に
株式会社山海堂（小川明著）より発行された「渦
学」の96頁から次式が仮定される。

Vθ＝Va2ar／a²＋r² ここで、ｒは半径（ｍ）、Vθは周方向速度
（ｍ／ｓ）、ａは旋回半径（ｍ）、Vaは旋回半径に
おける周方向速度（ｍ／ｓ）を表す。

石炭バーナの噴出速度とガス周方向速度分布の
関係は、角運動量から求めることができる。炉内
の角運動量は次式で表される。

Gφ＝∫^R ₀（rvθ）ρVz2πr・dr ここで、Gφは角運動量（Kgm²／s²）、Ｒは炉半
径（ｍ）、ρはガス密度（Kg／m³）、Vzは軸方向
速度（ｍ／ｓ）を表す。また、石炭バーナから供
給する角運動量は次式で表される。

Gz＝aΣ（MiVi）ここで、Miはｉ成分の質量流量（Kg／ｓ）、Vi
はｉ成分の噴出速度（ｍ／ｓ）を表す。角運動量
は保存力であり常に一定値である。従つて先に示
した２式より次式が成立する。

aΣ（MiVi）＝∫^R ₀（rvθ）ρVz2πr・dr 以上からρ，Vzを求め、炉内のガス速度分布
を表現できる。

周方向速度が軸方向速度に比べて大きい場合、
炉内の圧力分布と周方向速度分布との間には次式
の関係がある。

dP／dr＝ρVθ²／ｒ上式に、前述した速度分布を代入し圧力分布を求
め、スラグ流下孔７とガス戻り孔４の圧力差を求
ることができる。

次に、この圧力分布からガス循環量を算出す
る。自己加熱型スラグタツプの形状は、オリフイ
スと類似している。そこで、オリフイスにガスを
流した際に生じる圧力損失の計算方法を用いて、
自己加熱型スラグタツプのスラグ流下孔とガス戻
り孔にガスを流した際の圧力損失が求まる。

ΔP＝ζ(s)ρV²／２ここで、ζ(s)は抵抗係数（−）を示す。ζは、
絞りの比によつて異なる変数である。ガス循環量
Ｑと圧力損失ΔPの間には次式の関係がある。

ΔP＝ρQ²／２（ζ（S₁／S₀）１／S₁ ² −ζ（S₂／S₀）１／S₂ ²）ここで、Ｑはガス循環量（Ｎm³／ｈ）、S₀は炉
断面積（m²）、S₁はスラグ流下孔断面積（m²）、S₂
はガス戻り孔断面積（m²）を表す。

上式に、既に求めたΔP、及びスラグタツプの
形状からζ(s)を求めればガス循環量を算出でき
る。

次に、石炭ガス化炉１２の負荷変動時や、炭種
を変えた場合等で、スラグタツプ３の温度が変動
した際に、スラグタツプ３のスラグ流下孔７を適
正な温度に制御する方法を述べる。

炉内で石炭が溶融している限り、ガス化炉１２
内部のガス温度はスラグ溶融温度以上である。石
炭中灰分はこのガスと接触すれば溶融する。従つ
て、ガス化炉内で石炭中灰分が溶融している限
り、自己加熱型スラグタツプでは、スラグタツプ
３のスラグ流下孔７の温度が石炭中灰分の溶融温
度以上に維持され、スラグタツプ３のスラグ流下
孔７でスラグは流下する。

しかし、例えばスラグが安定流下している場合
でも、負荷を低下させた時に炉内１０の温度が低
下して、スラグの溶融温度以上であつても、既に
溶融しているスラグが急激にスラグが流下孔７に
集中する可踏性がある。このような場合、スラグ
流下孔７の温度がスラグの溶融温度以上であつて
も、スラグを処理し切るには低すぎ、スラグ流下
孔７で閉塞状態を引き起こす可能性がある。

また、同一炭種を用いてガス化を行なつている
場合にもロツトの差により石炭中灰分の性状が変
化する可能性がある。このような場合、スラグ流
下孔７の温度を、既に溶融しているスラグの溶融
温度から新しい成分の石炭より生じるスラグの溶
融温度へ急激に変化させねばならない。

以上のようなスラグ流下孔７が閉塞しかける程
低温であつた場合の他に、スラグ流下温度に比べ
て高温過ぎ、熱損失が増しガス化効率を低下させ
る場合も不適当である。従つて、スラグ溶融温度
以上であり、かつ最も低い温度にスラグ流下孔７
の温度を維持するのが最も適当である。

本発明では、ガス化室１０のガスをスラグタツ
プ３のスラグ流下孔７に通過させることでスラグ
流下孔７の温度をスラグ流下温度以上に維持す
る。従つてスラグ流下孔７の温度を上昇させるに
は、スラグ流下孔７を通過させる高温ガスの量を
増加させるか、高温ガスの温度を更に上昇させる
必要がある。一方、スラグ流下孔７の温度を低下
させるには、スラグ流下孔７を通過させる高温ガ
スの量を減少させるか、高温ガスの温度を下げる
必要がある。

このような場合、本発明では、下段石炭バーナ
１の酸素量を増減させるだけでスラグ流下孔７の
温度を容易に制御することができる。

下段石炭バーナ１の酸素ノズル径は、ガス化炉
が稼働状態の場合、一般に一定値である。従つ
て、酸素供給量を増大させると、酸素噴出速度が
増大する。更に、酸素噴出速度を増大させると、
炉内全体の旋回流が強まり、旋回流の中心と壁近
傍の圧力差が増し、スラグ流下孔７に通過させる
高温ガスの循課量が増大する。また、下段石炭バ
ーナ１において、酸素供給量を増大させると、酸
素比が増し、生成されるガスの温度が高くなる。

以上の２つの相乗効果により、下段石炭バーナ
１の酸素供給量を増すとスラグ流下孔７の温度を
直ちに上昇させることができ、下段石炭バーナ１
の酸素供給量を減らせばスラグ流下孔７の温度を
直ちに下降させることができる。すなわち、下段
石炭バーナ１の酸素供給量を増減させるだけでス
ラグ流下孔７の温度を自由に制御することができ
るのである。

ここで、本実施例で行なつたスラグタツプ３の
温度制御結果を第５図に示す。横軸は、石炭供給
量に対する酸素供給量の割合αを、縦軸はスラグ
流下孔７の温度を表す。αを増大させると炉内温
度や、スラグ流下孔７の温度も上昇する。更に、
αの増大に連れ炉内温度にスラグ流下孔７の温度
が近付く。これは、αの増大に連れ、スラグ流下
孔７を通過する循環ガス量が増大するので、高温
ガスからスラグ流下孔７への熱伝達が促進される
ためである。

以上のように、酸素供給量を増減させるだけで
スラグ流下孔７の温度を自由に制御することがで
き、前述した状況においても本発明が有効である
ことを示している。

次に実施例２について第６図及び第７図を用い
て説明する。

スラグタツプ部分のガス化炉の縦断面図を第６
図に、またそのＢ−B′断面図を第７図に示す。
基本的な原理は前記実施例１と同様である。前記
実施例１と構造的な相違点は、スラグタツプ３の
内部に水冷チユーブ６１を装備し、スラグタツプ
３を冷却させる水冷構造としたこと、及びガス戻
り孔４の周囲に傾斜でなく堰２を設けたことの２
点である。

スラグタツプ３は、ガス化炉内の高温に曝され
るばかりか溶融した高温のスラグが常時表面を流
れている。スラグは液体状であり、反応性に富み
また多くの成分の混合物であるためその構成され
た物質を含む物に対して馴染みが良い。一般的に
スラグタツプ３に用いられる材質はシリカ、アル
ミナなどの金属酸化物であるが、これらは皆、石
炭中灰分に含まれているためスラグタツプ３とス
ラグは非常に馴染み易い。従つて侵食や湿潤によ
りスラグタツプ３が侵され易い。

そこで、この実施例２ではスラグタツプ３の内
部に第７図に示すように、スラグ流下孔７及びガ
ス戻り孔４の周囲に水冷チユーブ６１を設置し
た。水冷チユーブ６１内部には水２１を循環させ
て水冷チユーブ６１表面を冷却し、スラグタツプ
３全体を冷却する。これにより、スラグタツプ３
の表面温度が低温に維持され付着したスラグとの
反応が抑制されると同時に、スラグタツプ３の表
面でスラグが固化し、固化したスラグがスラグタ
ツプ３の表面を保護するためにセルフコーテイン
グによりスラグタツプ３の表面の侵食が抑えられ
る。

本実施例の効果としてスラグタツプ３の長寿命
化が達成されると同時に信頼性が向上する。

次に２番目の相違点である堰２について述べ
る。ガス戻り孔４の周囲には、スラグを流下させ
ないために実施例１では傾斜を設けた。しかしガ
ス化装置１２の処理量増大に伴い、ガス化炉１０
の内径を大きくせねばならず、ガス化炉１０の底
部全体に傾斜を設けることは構造上困難な場合が
予測される。このような場合、本実施例２に示す
ような堰２は比較的容易に製作できる。堰２の高
さは、ガス化室１０底部に溜るスラグの量に対し
て堰２の上部が十分に突出し、かつガス化室内１
０の火炎により高温に曝されて破壊されない高さ
とする。

本実施例の効果は製作が容易なことである。

次に実施例３について第８図及び第９図を用い
て説明する。

さらに他の実施例３の縦断面図を第８図に、ま
たそのＣ−C′断面図を第９図に示す。基本的な原
理は実施例１と同様である。実施例１と構造的な
相違点は、スラグ流下孔７やガス戻り孔４の区別
をなくし両者の効果を兼ね備えたスラグガス流通
孔７１を新たに設けた点である。

スラグガス流通孔７１はガス化炉の中心から壁
まで連続した穴であり壁付近では実施例１におけ
るスラグ流下孔７の役割を果し、中心部ではガス
戻り穴４の役割を果す。すなわち、中心部はスラ
グタツプ３の水平面に対して高くしてありスラグ
は流下しない。また、炉内の高温ガスはスラグガ
ス流通孔７１の壁付近でガス化室１０からスラグ
冷却室へ移動し、更にスラグガス流通孔７１の中
心付近でガス化室１０へ戻る。しかして、炉内の
高温ガスによりスラグガス流通孔７１の温度をス
ラグ流下温度以上に保つことができスラグを安定
に流下することができる。

本実施例の効果としては、スラグタツプ３に複
数の孔を開けずに、スラグガス流通孔７１だけを
設ければ良いのでスラグタツプ３の製作が容易に
なることである。

次に実施例４について第１０図及び第１１図を
用いて説明する。

実施例４の縦断面図を第１０図に、またそのＤ
−D′断面図を第１１図に示す。基本的な原理は
実施例１と同様である。実施例１と構造的な相違
点は、ガス戻り孔４をガス化炉１２の軸延長上以
外に設置したこと、及びガス戻り孔４の周囲に堰
あるいは傾斜２を設けず、ガス戻り孔４の上面を
スラグ流下孔７の上面と同一高さにしたことであ
る。

炉内の旋回流では中心と壁の間で最も大きな圧
力差が得られる。しかし、スラグタツプ３の製作
において例えば、水冷管６１の配置等の問題で中
心部にガス戻り孔４を設置できない場合がある。
しかし、中心との距離を異ならせてガス戻り孔４
スラグ流下孔７を設置すれば、ある程度の圧力差
を得られる。従つて、ガス戻り孔４をガス化炉１
２の軸延長上以外に設置した場合でも圧力差を生
じているためガス循環流を形成でき、スラグ流下
孔７をスラグ安定流下温度以上に維持できる。

ガス戻り孔４の周囲に堰あるいは傾斜２を設け
なかつた場合ガス戻り孔４よりスラグが流下して
しまう。しかし、ガス戻り孔４ではスラグ冷却室
からガス化室１０へガスが流れている。すなわち
ガス戻り孔４には強い上昇流が生じておりスラグ
流下を防ぐことができる。従つて、堰あるいは傾
斜２を設けることと同様の効果を達成できる。

本実施例の効果としては、スラグタツプ３の任
意の位置にガス戻り孔４を設置でき堰あるいは傾
斜２を設けなくても良いのでスラグタツプ３の製
作が容易になることである。

次に将来セラミツクの製作技術が向上し、複雑
な形状の構造物スラグタツプ３として製作可能と
なつた場合の実施例５を第１２図，第１３図及び
第１４図を用いて説明する。

実施例５の縦断面図を第１２図に、また実施例
５のスラグタツプ３の側面図を第１３図に、実施
例５のスラグタツプ３の上面図を第１４図に、示
す。基本的な原理は実施例１と同様である。実施
例１と構造的な相違点は、スラグタツプ３のスラ
グ流下孔７をフイン状としガス循環量を増大させ
た点、及びスラグ流下孔７を通してガス化炉１０
から倍槽９への放射を抑えたことである。

第１３図，第１４図に示すように、ガス戻り孔
４は実施例１と同様であるがスラグ流下孔７はフ
イン状となつており、フイン８１の傾斜は、ガス
化室１０の旋回流により炉内ガスが下方に移動す
べく設置する。これにより、僅かな旋回流でも炉
内ガスをスラグ冷却室へ移すことができる。ま
た、フイン８１を隙間なく重ねることが可能であ
りスラグ流下孔７を通してガス化炉１０から水槽
９への放射を抑えられる。

本実施例の効果としては、ガス循環量を増大で
きるのでスラグ流下孔７及びガス戻り孔４を小型
にでき、かつスラグ流下孔７を通してガス化炉１
０から水槽９への放射を抑えられるので、水槽９
への熱方散を軽減できることである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ガス化室内の圧力差を利用し
て余熱のための付加的な加熱手段を何ら有するこ
となく、スラグタツプの温度をスラグ流下温度に
維持できるので、スラグを良好に滴下させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例１の縦断面図、第２図は
第１図のＡ−A′線断面図、第３図は本発明の原
理図、第４図は本発明ガス化装置の系統図、第５
図は本発明実施例１の温度制御実施結果を示す線
図、第６図は本発明実施例２の縦断面図、第７図
は第６図のＢ−B′縦断面図、第８図は本発明実
施例３の縦断面図、第９図は第８図のＣ−C′線断
面図、第１０図は本発明実施例４の横断面図、第
１１図は第１０図のＤ−D′線断面図、第１２図
は本発明実施例５の横断面図、第１３図は第１２
図のスラグタツプの側面図、第１４図は第１３図
のスラグタツプの上面図である。１…下段石炭バーナ、２…ガス戻り孔の傾斜、
３…スラグタツプ、４…ガス戻り孔、７…スラグ
流下孔、９…水槽、１０…ガス化室、１２…石炭
ガス化炉、１６…石炭、１７…搬送ガス、１８…
ガス化剤、５１…チヤーバーナ、５２…上段石炭
バーナ、６１…水却チユーブ、７１…スラグガス
流通孔。

Claims

【特許請求の範囲】

１石炭及び酸化剤をガス化室の円周方向に沿つ
て旋回流を形成するように噴出し、該ガス化室で
石炭から可燃性ガスを生成すると共に石炭中の灰
分を溶融させてスラグ状とし、該スラグを該ガス
化室下方に設けたスラグタツプを介してスラグ冷
却室に抜き出す石炭ガス化炉の石炭ガス化方法に
おいて、前記スラグタツプの中心部近傍と外周部
近傍とにガス化室からスラグ冷却室へ連通する孔
を設け、石炭と酸化剤の旋回流による遠心力でス
ラグを前記ガス化室の炉壁側に引き寄せて前記ス
ラグタツプ外周部に設けた孔からスラグ冷却室へ
流化させると共に該ガス化室で生成したガスの一
部を該ガス化室炉壁近傍とスラグ冷却室との圧力
差を利用して該孔から該スラグ冷却室へ導き、該
スラグ冷却室へ導かれたガスを該スラグ冷却室と
該ガス化室中心部近傍との圧力差を利用して前記
スラグタツプの中心部近傍に設けた孔から再び前
記ガス化室へ戻してガス化することを特徴とする
石炭ガス化炉の石炭ガス化方法。