JPH06330058A - 噴流床石炭ガス化炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、コンバスタ内ガス温度を高温化す
ると共に生成石炭ガスの発熱量を増大させうるように構
成した噴流床石炭ガス化炉を提供する。 【構成】 コンバスタ０２には微粉炭１５と、この微粉
炭をガス化するための空気１０３及び脱塵器０７からの
リサイクルチヤー１８が供給される。コンバスタ０２の
下にはコンバスタ０２内での微粉炭のガス化燃焼によっ
て発生する灰を処理するためのスラグホッパ０４が設け
られている。コンバスタ０２で発生した石炭ガス２３は
リダクタディフューザ部０３へ流れ、ここでリダクタ用
微粉炭１７が供給されてリダクタ０１へ導かれ高温の可
燃性ガスとなる。この高温の可燃性ガスはガス冷却器０
５へ流れ、その内部に配設された蒸気発生器０６に熱を
与えると共に、その下流に配設された空気加熱器１０１
において空気１９を加熱する。空気加熱器１０１で昇温
された空気１０２はコンバスタ０２へ燃焼用空気１０３
として供給されコンバスタ０２内で高温の燃焼ガスを発
生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微粉炭を噴流燃焼して石
炭ガスを精製する噴流床石炭ガス化炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の前提となる従来のものゝ概要の
一例を図５に示す。図５において、０１はリダクタ、０
２はコンバスタで、リダクタ０１とコンバスタ０２の間
にはリダクタディフューザ部０３が設けられている。コ
ンバスタ０２内には、図示されてない石炭粉砕設備から
空気搬送されて来た微粉炭１５が、別途、ガスタービン
１０と直結した圧縮機に入った燃焼用空気１９が断熱圧
縮により昇温されて送り込まれて来るコンバスタ用燃焼
空気２０と共に吹き込まれて燃焼する。コンバスタ０２
における燃焼は、低空気比による部分燃焼ではあるが、
微粉炭燃焼によって発生する灰を溶融排出するために理
論空気量に近い空気比で燃焼させ、高温ガスを発生させ
る。

【０００３】コンバスタ０２には後述の脱塵器０７で捕
集されたリサイクルチヤー１８をも精製石炭ガス２５に
よって搬送し、吹き込んで燃焼に供する。コンバスタ０
２で発生した粗製石炭ガス２３にはリダクタディフュー
ザ部０３においてリダクタ用微粉炭１７が吹き込まれ
る。リダクタディフューザ部０３はコンバスタ０２から
送り込まれて来る粗製石炭ガス２３とリダクタ用微粉炭
１７の均一混合及び同微粉炭１７の乾留を図って設けら
れている。

【０００４】リダクタ用微粉炭１７の吹き込み量は、リ
ダクタディフューザ部０３出口において粗製石炭ガス２
３の空気比がガス化に適正な範囲の空気比となるよう設
定される。リダクタディフューザ部０３を出た粗製石炭
ガス２３はリダクタ０１へ送り込まれるが、リダクタ０
１では粗製石炭ガス２３中に混入されたリダクタ用微粉
炭１７の乾留によって生じたチヤーのガス化反応が行わ
れる。チヤーのガス化反応としては次のようなものがあ
る。

【０００５】

【数１】

【０００６】リダクタ０１におけるチヤーのガス化反応
により粗製石炭ガス２３はガス化反応を終えたチヤー
（以下、リサイクルチヤー１８という。）を含有する可
燃性ガスとなる。リダクタ０１でのチヤーのガス化反応
を終えた粗製石炭ガス２３はリダクタ０１出口において
１，０００〜１，１００℃の高温であり、ガス冷却器０
５へ送られて冷却される。ガス冷却器０５は壁面が蒸気
管によって形成されており、その内部には節炭器、蒸気
過熱器等の蒸気発生器０６が装着されている。

【０００７】粗製石炭ガス２３の冷却は図示されてない
冷却水をガス冷却器０５壁面の蒸気管へ通水し、蒸気発
生器０６によって蒸気化することによって行う。ガス化
プラント全体の効率はこれら蒸気系での熱吸収量を減じ
てガスタービン１０への供給熱量を増加させる程、高く
なる。粗製石炭ガス２３はガス冷却器０５内で冷却さ
れ、脱塵器０７へ送り込まれ、ガス中に含有するリサイ
クルチヤー１８を分離除去する。

【０００８】含有するリサイクルチヤー１８を分離除去
された粗製石炭ガス２３は脱硫装置０８へ送り込まれて
含有硫黄分が除去され、クリーンな精製石炭ガス２４と
なる。脱塵器０７で分離捕集されたリサイクルチヤー１
８は精製石炭ガス２４の一部によって搬送され、コンバ
スタ０２へ吹き込まれて燃焼に供される。脱硫装置０８
を出た精製石炭ガス２４はガスタービン燃焼器０９へ送
り込まれ、別途送り込まれて来るガスタービン燃焼器用
燃焼用空気２１と混合して燃焼する。ガスタービン燃焼
器用燃焼用空気２１はガスタービン１０に直結された圧
縮機により断熱圧縮されて昇温し、（コンバスタ（０
２）と）ガスタービン燃焼器０９へ送り込まれる。

【０００９】その結果、ガスタービン燃焼器０９では高
温の燃焼ガス２５が発生し、ガスタービン１０へ送り込
まれる。燃焼ガス２５はガスタービン１０を稼働した
後、排熱回収ボイラ１１へ送り込まれる。排熱回収ボイ
ラ１１はガス冷却器０５によって発生し、送り込まれて
来る蒸気２２を加熱して蒸気タービン１４へ送り込み、
蒸気タービン１４を稼働する。排熱回収ボイラ１１を出
た燃焼ガス２５は脱硫設備１２へ送り込まれて含有窒素
酸化物（以下、ＮＯ_X と呼称）を環境規制値以下に抑制
して煙突１３から大気放出される。このような従来の噴
流床ガス化炉において最も問題となるのがコンバスタ０
２でのコンバスタ用微粉炭１６の燃焼によって発生する
石炭灰の処理である。

【００１０】コンバスタ０２で発生した石炭灰は耐火材
で構成されたコンバスタ０２壁面で溶融し、溶融スラグ
２７としてコンバスタ０２壁面を流下する。コンバスタ
０２底面にはスラグタップ２６が設けられており、コン
バスタ０２壁面を流下した溶融スラグ２７はこのスラグ
タップ２６からスラグホッパ０４へ入り、スラグホッパ
０４内の貯水で細かく水砕される。コンバスタ０２内ガ
ス温度が低く、石炭灰の溶融が不充分となるとスラグ排
出が悪化してコンバスタ０２が閉塞する。従ってコンバ
スタ０２内ガス温度はコンバスタ０２で石炭中灰分を溶
融排出し、スラグ化させるのに充分な高さに保持できる
ようにする必要がある。

【００１１】しかし、コンバスタ０２底面に設けられた
スラグタップ２６は、上面側はコンバスタ０２内の高温
ガスに晒されるが、下面側は貯水したスラグホッパ０４
内の低温ガスに晒されるためスラグタップ２６が冷却さ
れる。従って、灰融点が高い石炭を使用する場合とか、
低負荷運転時において入熱量が低いことによりコンバス
タ０２内ガス温度が低い場合には溶融スラグ２７がスラ
グタップ２６で固結してスラグタップ２６を閉塞する恐
れが生じる。

【００１２】その対策として従来の噴流床ガス化炉では
スラグタップ２６下部に油焚きバーナ２８を設けて助燃
し、スラグタップ２６を下面側から加熱してスラグタッ
プ２６における溶融スラグ２７の固結を防止するように
していた。また、従来の噴流床ガス化炉では、コンバス
タ０２内ガス温度を出来るだけ高く維持するためにコン
バスタ０２内の空気比を高く設定していたゝめに生成石
炭ガスの発熱量が低いこと、及び石炭・油と２種類の燃
料を夫々異なる目的で使用する必要があるため、ガス化
炉自体の運転が複雑となり、操業に支障を来たすといっ
た問題点を有していた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、コンバスタ
内ガス温度を高温化して石炭中灰分の溶融排出を円滑に
行わせると共に生成する石炭ガスの発熱量を増大させう
るように構成した噴流床石炭ガス化炉を提供することを
課題としている。また、本発明は、従来のもののように
油焚きバーナ等による助燃を必要としない噴流床石炭ガ
ス化炉を提供することをも課題としている。更に、本発
明は、本発明による噴流床石炭ガス化炉と組み合せて用
いられるガスタービンの効率を高めることのできる噴流
床石炭ガス化炉を提供することをも課題としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による噴流床石炭
ガス化炉では前記課題を解決するため、微粉炭を空気搬
送により吹き込むと共に同微粉炭のガス化のための空気
を吹き込むコンバスタと、同コンバスタの下部に設けら
れ同コンバスタ内での前記微粉炭のガス化燃焼によって
発生する灰を処理するためのスラグタップを有し高温の
可燃性ガスを得る噴流床石炭ガス化炉において、前記高
温の可燃性ガスを熱源として空気を加熱する熱交換器を
設け、同熱交換器を出た高温空気を前記ガス化のための
空気として前記コンバスタへ吹き込むようにした構成を
採用する。

【００１５】本発明によるガス化炉において、前記した
ようにコンバスタ内でのガス化燃焼によって得られた高
温の可燃性ガスを熱源として空気を加熱する熱交換器と
しては、例えば次の２つの形態をとることができる。即
ち、その１つは、コンバスタで得られた高温の可燃性ガ
スを冷却するガス冷却器内に燃焼用空気加熱器を設け、
その可燃性ガス、すなわち粗製石炭ガスによって直接加
熱するようにする。ガスタービンと直結した圧縮機での
断熱圧縮により昇温した燃焼用空気をその燃焼用空気加
熱器へ送り込み、更に昇温する。昇温後の燃焼用空気は
コンバスタ、またはコンバスタとガスタービン燃焼器へ
送り込まれる。

【００１６】もう一つのやり方は、コンバスタで得られ
た高温の可燃性ガスを冷却するガス冷却器に蒸気管及び
節炭器、蒸気過熱器等の蒸気発生器を配設し、そこで発
生し、過熱された蒸気をガス冷却器の外部に抜き出し
て、それを熱源として使用する熱交換器を設ける。ガス
タービンと直結した圧縮機での断熱圧縮により昇温した
燃焼用空気をその熱交換器へ送り込み、更に昇温した燃
焼用空気とし、それをコンバスタ、またはコンバスタと
ガスタービン燃焼器へ送り込む。

【００１７】

【作用】前記した構成により、燃焼用空気は、コンバス
タからの高温の可燃性ガスを熱源として熱交換器で加熱
され高温空気となる。すなわち、高温の可燃性ガスを直
接の熱源として燃焼用空気を加熱する熱交換器として構
成した場合には、燃焼用空気はガスタービンに直結した
圧縮機で昇温した後、その熱交換器へ送り込まれて更に
加熱されて昇温する。その熱交換器で昇温された燃焼用
空気はコンバスタまたはコンバスタとガスタービン燃焼
器へ送り込まれる。こうして従来のものに比べてはるか
に高温化された燃焼用空気をコンバスタへ送り込み燃焼
に供することによりコンバスタ内ガス温度も従来に比べ
てはるかに高温化するのでコンバスタでの石炭中灰分の
溶融排出が円滑に行われる。コンバスタ内ガス温度は温
度制御弁によってガス化炉の運転条件に対応して制御さ
れる。

【００１８】場合によっては前記したように熱交換器で
昇温された燃焼用空気がガスタービン燃焼器にも送り込
まれるが、その温度が従来のものに比べてはるかに高温
となるためガスタービン効率が向上する。このようにし
てコンバスタ内ガス温度はコンバスタ用燃焼用空気温度
の高温化によって高められるためコンバスタ内の空気比
を低く設定出来る。この結果、生成石炭ガスの発熱量が
増大する。また、コンバスタ内ガス温度はコンバスタ用
燃焼用空気温度を上昇させることによってスラグタップ
下面側からの放熱に対応して常時、溶融スラグが固結せ
ぬよう高温に維持出来る。その結果、スラグタップ下部
における油焚きバーナによる助燃が不要となる。

【００１９】また、コンバスタで得られた高温の可燃性
ガスによって蒸気発生器で蒸気を得、この蒸気によって
空気を加熱する熱交換器を設けた構造を採用することに
より高温の可燃性ガスを間接的に熱源とするようにした
ものも、前記した可燃性ガスを直接熱源とするものと作
用・効果は同様である。

【００２０】

【実施例】以下、本発明による噴流床石炭ガス化炉を図
１〜図４に示した実施例に基づいて具体的に説明する。
なお、図１〜図４において、符号０１〜２８で示す部分
は図５において符号０１〜２８で示すものと同じであ
り、それらについての詳しい説明は省略する。

【００２１】（第１実施例）図１には第１実施例が示さ
れている。図１において、１０１は燃焼用空気加熱器で
あり、コンバスタ０２で発生した高温の可燃性ガスを熱
源として燃焼用空気１９を直接加熱する構成となってい
る。これを更に詳細に説明すると、燃焼用空気１９はガ
スタービン１０に直結された圧縮機によって断熱圧縮さ
れ、昇温した後、２方向に分流される。一方はガスター
ビン燃焼器０９へ圧送され、他の一方はガス冷却器０５
内に設けられた燃焼用空気加熱器１０１へ圧送される。
ガス冷却器０５へ送り込まれて来た高温の可燃性ガス即
ち粗製石炭ガス２３はガス冷却器０５内で蒸気管及び節
炭器、蒸気過熱器等の蒸気発生器０６と、燃焼用空気加
熱器１０１によって冷却される。

【００２２】ガス冷却器０５内へ燃焼用空気加熱器１０
１を設けたことにより、節炭器、蒸気過熱器等の蒸気発
生器０６は若干その伝熱面積が減少されたこともあって
ガス冷却器０５内において得られる蒸気２２側の吸熱量
は従来のものに比べ減少する。燃焼用空気加熱器１０１
で加熱され、昇温した燃焼用空気１９はコンバスタ用燃
焼用空気１０３としてコンバスタ０２へ圧送される。コ
ンバスタ０２へ圧送されて来たコンバスタ用燃焼用空気
１０３は、従来のガスタービン１０に直結された圧縮機
によってのみ加熱され昇温されていたものに比べ、はる
かに高温化されているためコンバスタ０２で発生した溶
融スラグ２７はスラグタップ２６から連続して円滑に排
出されるようになり、油焚きバーナ２８の助燃によるス
ラグタップ２６下面側の加熱が不要となる。

【００２３】このように、コンバスタ０２内ガス温度は
コンバスタ用燃焼用空気１０３温度の高温化によって高
められるためコンバスタ０２内の空気比を低く設定出来
る。この結果、生成石炭ガスの発熱量が増大する。ま
た、油焚きバーナ２８による助燃が不要となるためコン
バスタ０２における燃焼設定が簡単となってガス化炉自
体の運転も容易となる。更に必要であればコンバスタ用
燃焼用空気１０３温度を温度制御弁１０５によって制御
することによりコンバスタ０２内ガス温度をガス化炉の
運転条件に自在に適応させることが出来る。

【００２４】（第２実施例）次に、図２に示す第２実施
例について説明する。この第２実施例に示したもので
は、ガスタービン１０に直結された圧縮機によって断熱
圧縮され、昇温された燃焼用空気１９の全部がガス冷却
器０５内に設けられた燃焼用空気加熱器１０１へ入り、
そこで加熱された後、２方向に分流され、一方はコンバ
スタ用燃焼用空気１０３として、他の一方はガスタービ
ン燃焼器用燃焼用空気１０４として夫々、コンバスタ０
２及びガスタービン燃焼器０９へ送り込まれる構成とし
たものである。

【００２５】コンバスタ０２側へ送り込まれたコンバス
タ用燃焼用空気１０３の作用については上記図１の場合
と同じであるため省略する。ガスタービン燃焼器０９へ
送り込まれたガスタービン燃焼器用燃焼用空気１０４は
別途送られて来る精製石炭ガス２４と共にガスタービン
燃焼器０９内で燃焼に供されるが、従来のものに比べて
高温の燃焼ガス２５が発生し、ガスタービン１０へ送り
込まれるためガスタービン１０効率が高くなる。

【００２６】（第３実施例）次に、図３に示した第３実
施例について説明する。この第３実施例では、コンバス
タ０２で得られた高温の可燃性ガスを熱源として発生さ
れた蒸気によって空気を加熱するように構成した例であ
る。これを更に詳細に説明すると、図３において、燃焼
用空気１９はガスタービン１０に直結された圧縮機によ
って断熱圧縮され、昇温した後、２方向に分流される。
一方はガスタービン燃焼器０９へ圧送され、他の一方は
熱交換器１０６へ圧送される。

【００２７】熱交換器１０６はガス冷却器０５の蒸気管
及び節炭器、蒸気過熱器等の蒸気発生器０６で発生し過
熱された蒸気２２をガス冷却器０５の外部に抜き出して
熱源として使用するものである。熱交換器１０６へ送り
込まれて来た燃焼用空気１９は別途送り込まれて来た蒸
気２２によって加熱され、昇温されてコンバスタ用燃焼
用空気１０３としてコンバスタ０２へ送り込まれる。以
下の作用は図１の場合と同様であるため省略する。

【００２８】（第４実施例）次に図４に示した第４実施
例について説明する。図４に示すものでは、ガスタービ
ン１０に直結された圧縮機によって断熱圧縮され、昇温
された燃焼用空気１９の全部が図３に示したものと同様
にガス冷却器０５で発生された過熱蒸気を加熱媒体とす
る熱交換器１０６へ送り込まれ、加熱された後、２方向
に分流され、一方はコンバスタ０２へ、他の一方はガス
タービン焼却器へ送り込まれるように構成したものであ
る。作用は図２の場合と同様であるため省略する。以
上、本発明を図示した実施例に基づいて具体的に説明し
たが、本発明がこれらの実施例に限定されず特許請求の
範囲に示す本発明の範囲内で、その形状、構造に種々の
変更を加えてよいことはいうまでもない。

【００２９】

【発明の効果】以上具体的に説明したように、本発明に
よれば次の効果を奏することができる。コンバスタへ送
り込むコンバスタ用燃焼用空気を高温化することによっ
てコンバスタ内ガス温度を高めるためコンバスタ内の空
気比を低く設定出来、生成石炭ガスの発熱量が増大す
る。また、コンバスタ用燃焼用空気温度を高めることに
よってコンバスタ内ガス温度の高温化が図れるため、ガ
ス化炉の負荷にほとんど無関係でコンバスタ内ガス温度
を高く維持出来る。従って油焚きバーナによる助燃が不
要となりガス化炉の運転が容易となる。更にまた、前記
したように昇温された空気をガスタービン燃焼器用燃焼
用空気として用いれば、ガスタービンへ送り込む燃焼ガ
ス温度が高くなってガスタービン効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る噴流床ガス化炉の系
統図。

【図２】本発明の第２実施例に係る噴流床ガス化炉の系
統図。

【図３】本発明の第３実施例に係る噴流床ガス化炉の系
統図。

【図４】本発明の第４実施例に係る噴流床ガス化炉の系
統図。

【図５】従来の噴流床ガス化炉の系統図。

【符号の説明】

０１ リダクタ ０２ コンバスタ ０３ リダクタディフューザ部 ０４ スラグホッパ ０５ ガス冷却器 ０６ 節炭器，蒸気過熱器等の蒸気発生器 ０７ 脱塵器 ０８ 脱硫装置 ０９ ガスタービン燃焼器 １０ ガスタービン １１ 排熱回収ボイラ １２ 脱硝設備 １３ 煙突 １４ 蒸気タービン １５ 微粉炭 １６ コンバスタ用微粉炭 １７ リダクタ用微粉炭 １８ リサイクルチヤー １９ 燃焼用空気 ２０ コンバスタ用燃焼用空気 ２１ ガスタービン燃焼器用燃焼用空気 ２２ 蒸気 ２３ 粗製石炭ガス ２４ 精製石炭ガス ２５ 燃焼ガス ２６ スラグタップ ２７ 溶融スラグ ２８ 油焚きバーナ １０１ 燃焼用空気加熱器 １０２ 燃焼用空気 １０３ コンバスタ用燃焼用空気 １０４ ガスタービン燃焼器用燃焼用空気 １０５ 温度制御弁 １０６ 熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古屋 孝明 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 (72)発明者 大栗 正治 長崎市深堀町五丁目717番地１ 長菱エン ジニアリング株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微粉炭が空気搬送により吹き込まれると
   共に同微粉炭のガス化のための空気が吹き込まれるコン
   バスタと、同コンバスタの下部に設けられ同コンバスタ
   内での前記微粉炭のガス化燃焼によって発生する灰を処
   理するためのスラグタップを有し高温の可燃性ガスを得
   る噴流床石炭ガス化炉において、前記高温の可燃性ガス
   を熱源として空気を加熱する熱交換器を設け、同熱交換
   器を出た高温空気を前記ガス化のための空気として前記
   コンバスタへ吹き込むよう構成したことを特徴とする噴
   流床石炭ガス化炉。