JPH05156267A

JPH05156267A - 気流層ガス化装置の運転方法

Info

Publication number: JPH05156267A
Application number: JP32570691A
Authority: JP
Inventors: Akio Ueda; 昭雄植田; Kazunori Shoji; 一紀正路; Eiji Kida; 栄次木田; Shuntaro Koyama; 俊太郎小山
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1991-12-10
Filing date: 1991-12-10
Publication date: 1993-06-22

Abstract

(57)【要約】【目的】高いガス化効率が得られ、かつ、制御が容易
な気流層ガス化装置の運転方法を提供する。【構成】微粉固体炭素系原料の灰の溶融温度以上に保
持されたガス化室６５内に原料と酸素、空気等の酸化剤
とを供給して原料の可燃分をガスに、灰分をスラグとす
る。ガス化室６５には複数段のバーナが設けられ、これ
らのバーナ内、酸化剤を多く配分する石炭バーナ群６２
とこれらのバーナ群と同一面上にガス化炉６５から飛散
する未燃分を捕集して再びガス化炉６５に供給するため
のチャーバーナ１０４が炉の周方向に対して等間隔に配
置されている。酸化剤は、制御弁１１１によってバーナ
群の各石炭バーナ６２とチャーバーナ１０４に供給され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は気流層ガス化装置の運転
方法に係り、特に高いガス化効率が得られるガス化装置
の運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、石炭等の固体炭素系原料をガス化
する炉には、固定層、流動層、気流層の各方式が提案さ
れている。これらの方式の中で、気流層は原料を微粉に
して酸素、空気等の酸化剤と共に原料灰の融点以上（１
３００〜１６００℃）の温度の炉内に供給してガス化さ
せるため、他の方式に比較し、ガス化効率が高く、適用
炭種が広くまた公害性の副産物が少ない特徴を有してお
り、合成ガス、複合発電、燃料電池の燃料製造に適して
いるので、国内外で開発が進められている。気流層方式
のガス化炉では、微粉炭と酸素、空気、スチーム等の酸
化剤とを炉内に吹き込み、主として以下の反応を行わせ
るものである。

【０００３】

【化１】石炭→チャー、Ｈ₂、ＣＯ、ＣＯ₂、ＣＨ₄……………………………（１）チャー（Ｃ）＋ＣＯ₂→２ＣＯ…………………………………………（２）チャー（Ｃ）＋Ｈ₂→ＣＯ＋Ｈ₂ ………………………………………（３）石炭＋Ｏ₂→ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ………………………………………………（４）ここでチャーとはガス化が十分に行われないままガスと
共に飛散するカーボン粒子である。（１）式は熱分解反
応であり、微粉炭だけを単独に吹き込むバーナによって
起こりやすい。（２）式と（３）式がチャーによるガス
化反応であり、（４）式が燃焼反応である。ガス化法で
は原料中の炭素分がすべてＣＯに、水素分がすべてＨ₂
に変化すれば最もガス化効率が高くなる。

【０００４】実際にはガス平衡により、若干のＨ₂Ｏ及
びＣＯ₂が生成されるので、原料の組成と運転条件（圧
力と温度）に対して酸化剤供給量の最適値が存在する。
酸化剤供給量は原料の組成（炭素、水素、酸素等）に対
して求まる値で、生成ガス中の水素及び一酸化炭素の収
率を最大とする酸化剤供給量を理論酸化剤量と定義す
る。したがって、この理論酸化剤量以上に酸化剤を供給
すると、生成ガス中に発熱量を有しないＣＯ₂やＨ₂Ｏが
増加するため、ガス化効率は低下する。

【０００５】一方、気流層ガス化法では原料中の灰分を
スラグとして排出するため、炉内を高温にしなければな
らない。これまで、酸化剤供給量を必要以上に増加しな
いで、かつ、炉内を高温にして原料の灰分を溶融させて
スラグ化させることによって、高いガス化効率が得られ
る気流層ガス化法が種々提案されている。

【０００６】例えば、特開昭５９−１９２４８２号公報
及び特開昭５９−１７６３９１号公報等では、炉内に複
数段の反応域を形成させ、灰分をスラグ化させるガス化
炉の下部には酸化剤を多く配分して特に（４）式の燃焼
反応を行わせ、ガス化炉の上部には酸化剤を少なく配分
して特に（１）式の反応によって原料を活性に富むチャ
ーに変換し、そのチャーと下部反応域で生成したＣＯ₂
及びＨ₂Ｏとを（２）式及び（３）式のガス化反応を行
わせるものである。これらの方法では、（２）式及び
（３）式を高温の領域で行わせて、反応速度を高め、更
にその反応時間を長くしてガス化効率を高めようとした
ものである。

【０００７】なお、特開昭５９−１７６３９１号公報に
示すガス化方法を図４に示す。この方式では、微粉炭の
ごとく炭素系原料と酸化剤とを供給するバーナ６１及び
６２を、ガス化室６５の上段及び下段に配置し、炉内に
旋回流が発生するように設置している。酸化剤６３及び
６４に関しては、上段バーナ６１には少なく、下段バー
ナ６２には多く投入するものである。そして、下段バー
ナ６２の下部に流下したスラグ５４を流下させる孔（ス
ラグタップ）５５の付近を高温とし、かつ上段バーナ６
１では活性なチャーを生成させ、そのチャーを強い旋回
流に乗せて、炉６５の下方に移動させ、（２）式及び
（３）式のガス化反応を長時間行わせようとしたもので
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、（２）式及び
（３）式のガス化反応を長時間行わせようとしても限度
があり、従来法のガス化法においては固体原料の可燃物
がすべてガス化することはできない。そこで、ガス化炉
６０より排出される未燃のチャーをサイクロン等の捕集
器７０で捕集し、再びガス化炉に戻す方法が考えられて
いる。

【０００９】しかし、未燃のチャーは、一度ガス化炉内
で高温に曝されたものであり、揮発分が殆ど無く、灰分
が多く含まれているので、原料に比較し反応性が劣る。
したがって、例えばガス化炉上部のように、酸化剤の供
給量が少なく、温度の低い領域にこのチャーを戻しても
少量しかガス化しないため、再び捕集器７０に至るよう
になり、未燃物が反応せずに循環し、ついには累積され
て連続運転ができないようになる。

【００１０】そこで一般には酸化剤を多く配分する炉の
下部に供給され、主に（４）式に示す燃焼反応を行わせ
てＣＯ₂及びＨ₂Ｏを発生させて、炉の上段バーナ６１で
生成した反応性に富むチャーと、（２）式及び（３）式
に示すガス化反応を高温下で行わせるように工夫されて
いる。すなわち、図４に示すガス化装置では下段バーナ
６２の部分にチャーを供給するバーナ１０４が設置され
る。なお、特開昭６１−２４６２８７号公報及び実開昭
６１−２４２６号公報においても酸化剤を多く配分する
コンバスタに捕集されたチャーを供給するよう記載され
ている。

【００１１】特に、燃料比（原料の工業分析で固定炭素
を揮発分で除算した値）が高く、反応性の悪い原料をガ
ス化する際には、未燃分が多くなるので、循環するチャ
ーの量が多くなる。従って、このような反応性が劣る原
料をガス化する場合には、循環するチャーのガス化特性
がガス化プラントのガス化効率を左右することになる。
本発明の目的は、上記した従来の課題を解決し、高い
ガス化効率が得られ、かつ制御が容易な気流層ガス化装
置の運転方法を提供するにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、微粉固体炭
素系原料の灰の溶融温度以上に保持されたガス化炉内に
前記原料と酸化剤とを供給し、前記酸化剤の配分量の異
なる複数段のバーナの内、第１のバーナ群に前記酸化剤
を多く配分し、前記第１のバーナ群と同一面上に配置し
た第２のバーナに前記ガス化炉から飛散する未燃分を供
給する気流層ガス化装置の運転方法において、前記第１
のバーナ群と第２のバーナに同一の制御手段から分岐し
て前記酸化剤を供給することにより達成される。

【００１３】

【作用】ガス化反応は、燃料に対して酸化剤が少ない部
分燃焼であるため、炉内の温度分布は酸化剤の供給量で
ほぼ決定される。また、一般には酸化剤を多く配分する
第１のバーナ群は複数で構成されており、該バーナと同
一平面上にガス化炉から飛散する未燃分と酸化剤を噴出
する第２のバーナ本数は第１のバーナよりも少ない。

【００１４】これら第１のバーナ群の各バーナとと第２
のバーナとに対して同一の制御手段から分岐して酸化剤
を供給するので、各バーナにはほぼ均等に酸化剤が供給
され炉内の温度分布が均一になり、高いガス化効率が得
られ、かつ制御が容易になり炉壁が部分的に焼損するこ
とがない。

【００１５】更に第１のバーナ群の各バーナと第２のバ
ーナとをガス化炉の周方向に対して等間隔に配置し、均
等に酸化剤を供給するので上記した効果がより高まる。

【００１６】また、チャーの供給量の変化に応じて、第
２のバーナの酸化剤供給量を調整することにより、同一
の制御手段により第１のバーナ群と第２のバーナへの酸
化剤の供給を容易に制御することが出来る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。

【００１８】図１に本発明になるガス化装置の系統図を
示す。図４に示した従来の系統図に対し、本発明では炉
の下段に設置した石炭バーナ６２及びこの石炭バーナと
同じ高さに設置したチャーバーナ１０４に供給する酸化
剤例えば酸素、空気を同じ制御弁１１１で制御するもの
である。

【００１９】図２は、図１に示す系統図において、炉の
下段に設置したバーナ群の横断面図を示す。石炭バーナ
６２が３本及びチャーバーナ１０４が１本、計４本のバ
ーナがガス化炉６０の周方向に対して等間隔に設置さ
れ、制御弁１１１を備えたラインから４本の酸化剤ライ
ン１１０が分岐されて各々のバーナに接続されている。
このようにバーナを配置し、各バーナには酸化剤の供給
量を均一に供給し、かつこれらの酸化剤供給量を同じ制
御弁１１１により制御するものである。

【００２０】次に、上記した実施例における動作を説明
する。

【００２１】図１に示すように原料常圧ホッパ１０内の
微粉炭は、バルブ１１を経てロックホッパ２０に供給さ
れる。ロックホッパ２０では、加圧ガスライン２２から
加圧ガスが供給され、供給ホッパ３０と同圧力に昇圧し
た後にロックホッパ２０内の微粉炭は、バルブ２１を経
て供給ホッパ３０に供給される。供給ホッパ３０では、
加圧ガスライン３２から加圧ガスが供給され、ガス抜き
ライン３３からガス抜きされる。また、ロックホッパ２
０にもガス抜きライン２３からガス抜きされる。

【００２２】供給ホッパ３０内の微粉炭はバルブ３１が
介設された分岐ラインを経てそれぞれ別個のフィーダ４
０に導入され、その後エゼクタ５０に供給される。エゼ
クタ５０にはそれぞれ原料搬送ガス５１が導入され、原
料搬送ライン５２を経由して上段バーナ６１から酸化剤
６３と共にガス化炉内６０のガス化室６５に供給される
と共に他方の原料搬送ライン５３を経由して石炭バーナ
６２から酸化剤と共にガス化炉６０のガス化室６５に供
給される。

【００２３】この場合、原料は原料分配器５４で３本の
原料搬送ライン５２に分岐されて上段バーナ６１からガ
ス化室６５に供給され、一方、原料分配器５４で３本の
原料搬送ライン５３に分岐されて石炭バーナ６２からガ
ス化室６５に供給される。

【００２４】ガス化室６５では、前記した（１）〜
（４）の各反応が進行し、ガス化室６５で生成したガス
は生成ガスライン６９を経てサイクロン７０でガス中の
未燃分であるチャーが捕集された後、生成ガスライン７
１から取り出される。一方、前記した（１）〜（４）の
各反応により生成した灰分は溶融しスラグ冷却水６６中
に落下してスラグとなり、このスラグはバルブ６７を介
してスラグホッパ６８に回収される。

【００２５】サイクロン７０で捕集されたチャーは、バ
ルブ７２、チャー回収ホッパ８０、バルブ９３を経てチ
ャー供給ホッパ９０に供給される。チャー回収ホッパ８
０では加圧ガスライン８１から加圧ガスが供給され、ガ
ス抜きライン８２からガス抜きされる。チャー供給ホッ
パ９０では、加圧ガスライン９１から加圧ガスが供給さ
れ、ガス抜きライン９２からガス抜きされる。

【００２６】チャー供給ホッパ９０内のチャーは、フィ
ーダ１００に導入された後、チャー搬送ガス１０１によ
りチャーバーナ１０４から酸化剤と共にガス化室６５に
導入される。

【００２７】上述したように、ガス化反応は、燃料に対
して酸化剤が少ない部分燃焼であるため、炉内の温度分
布は酸化剤の供給量でほぼ決定される。本実施例では、
炉の下段に設置しているバーナ（第１のバーナ群及び第
２のバーナとしてのチャーバーナ１０４）を等間隔に配
置し、更にこれらのバーナへの酸化剤の供給量を均等に
配分しているので、炉内の温度分布は均一になる。従っ
て、炉壁が部分的に焼損することはない。

【００２８】また、チャーの供給量が多少変化しても炉
内の温度分布がほぼ均一であるため、チャーの供給によ
って、第１の各バーナ群におけるガス化反応が阻害され
ることはなくなる。さらに、第１のバーナ群の各石炭バ
ーナ６２とチャーバーナ１０４に対して一括して酸化剤
を供給するので、例えば、原料の性状が変化したりある
いは原料供給量が変化したとき等、チャーの供給量が変
化しても、酸化剤の供給量が簡単に設定できる。

【００２９】すなわち、スラグの流下状況が悪いため、
酸化剤供給量を増加しようとしたとき、制御弁１１１を
用いて石炭バーナ群６２に供給する酸化剤の量を均一に
増加すればよい。第１のバーナとしての石炭バーナ６２
に供給する酸化剤量、あるいはチャーバーナ１０４に供
給する酸化剤の量を単独に制御する方法では炉内に温度
分布ができ、ガス化反応が均一に起こらない。また、炉
内にスラグが安定に流下しない部分ができる等の欠点が
あったが、本実施例では簡単にかつ、均一に炉下部の温
度を高めることができる。

【００３０】また、本実施例では石炭バーナ及びチャー
バーナに供給する酸化剤を制御するシステムは１組でよ
いので、個々に制御する方法に比較し、制御系が１組省
略できるので、制御系のコストダウンを図ることができ
る。

【００３１】図３は、本発明の他の実施例のガス化装置
の構成図である。本実施例は、反応が良好な原料を用
い、ガス化が進んでチャーの生成量が少ないときに有効
であり、複数の第１のバーナ群の各々のバーナをガス化
炉６０の周方向に対して等間隔に設置し、中間部に第２
のバーナであるチャーバーナ１０４を配置したものであ
る。そしてチャーバーナ１０４に供給する酸化剤供給ラ
インに、手動式のバルブ１１５を設置している。チャー
の供給量が少ない時、チャーバーナ１０４に供給する酸
化剤量１０５を少なくする為に、石炭バーナ６２への酸
化剤供給量に対する比率を調整して、ガス化炉６０へ供
給する酸化剤を一括して制御することによって、図２に
示す実施例と同様にガス化炉を運転する上で制御が簡単
にできる。

【００３２】なお、反応性の良好な原料では一般に石炭
化度が進んでおらず、灰の溶融温度も低いので、ガス化
炉に供給する酸化剤供給量が少なく、炉壁の温度も低く
なるので多少の温度分布があっても炉壁の焼損はない。
従って、このような原料のガス化では、手動式のバルブ
１１５を閉じてチャーバーナ１０４に酸化剤を供給せず
にチャーのみ炉内に供給してもよい。

【００３３】本発明において、第１のバーナ群における
バーナの数は任意であり、また、第２のバーナとしての
チャーバーナは、必ずしも１本に限らずガス化炉から飛
散する未燃分を再びガス化炉に供給する系の数に応じて
２本以上とすることもできる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、ガス化炉への酸化剤を
均一に供給し炉内の温度分布を均一にすることができる
ので、ガス化炉効率が高く、かつガス化炉の制御が容易
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気流層ガス化装置の運転方法を実施す
るための装置の系統図である。

【図２】図１における酸化剤供給方法を説明する系統図
である。

【図３】本発明の他の実施例における酸化剤供給方法を
を説明する系統図である。

【図４】従来の気流層ガス化装置の系統図である。

【符号の説明】

１０原料常圧ホッパ２０ロックホッパ３０供給ホッパ５０エゼクタ５２原料搬送ライン５３原料搬送ライン５４原料分配器６０ガス化炉６１原料上段バーナ６２石炭バーナ７０サイクロン８０チャー回収ホッパ９０チャー供給ホッパ１０４チャーバーナ１１０酸化剤ライン１１１制御弁１１５バルブ

フロントページの続き (72)発明者小山俊太郎茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微粉固体炭素系原料の灰の溶融温度以上
に保持されたガス化炉内に前記原料と酸化剤とを供給
し、前記酸化剤の配分量の異なる複数段のバーナの内、
第１のバーナ群に前記酸化剤を多く配分し、前記第１の
バーナ群と同一面上に配置した第２のバーナに前記ガス
化炉から飛散する未燃分を供給する気流層ガス化装置の
運転方法において、前記第１のバーナ群と第２のバーナ
に同一の制御手段から分岐して前記酸化剤を供給するこ
とを特徴とする気流層ガス化装置の運転方法。
【請求項２】前記ガス化炉の周方向に対して第１のバ
ーナ群の各バーナとと第２のバーナとを等間隔に配置す
ることを特徴とする請求項１に記載の気流層ガス化装置
の運転方法。
【請求項３】前記未燃分の供給量に応じて前記第２の
バーナの酸化剤供給量を調整することを特徴とする請求
項１に記載の気流層ガス化装置の運転方法。