JPH0678535B2

JPH0678535B2 - 噴流層型石炭ガス化炉の運転方法

Info

Publication number: JPH0678535B2
Application number: JP62088342A
Authority: JP
Inventors: 建志横須賀; 芳樹野口; 伸男長崎; 洋市服部
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1987-04-10
Filing date: 1987-04-10
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPS63254192A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、噴流層型石炭ガス化炉の運転方法に係り、特
にスラグの流下安定性を保持しつつガス化効率を向上す
るに好適な噴流層型石炭ガス化炉の運転方法に関する。

〔従来の技術〕

第２図に一般的な噴流層型の石炭ガス化炉の断面図を示
す。図示のように、石炭ガス化炉の下部に位置された反
応層部は下部反応層部２と上部反応層３とで構成されて
おり、バーナ４を介してそれぞれの反応層に石炭５と、
ガス化剤としての酸素富化空気６が供給されている。バ
ーナ４は炉に対して接続方向に傾けて向けられている。
したがつてバーナ４から炉内に噴射された石炭５と酸素
富化空気６は旋回して噴流層を形成し、熱分解反応など
の反応により石炭５がガス化される。ガス化により生じ
た粗ガス７は炉頂から抜き出されてチヤー捕集器８を通
してガス消費設備等へ供給される。

下部反応層２の下方にはスラグタツプ９が設けられてお
り反応層で溶融したスラグ10が連続して排出される。

ガス化炉１の上部は熱回収部11とされており、水冷壁構
造となつている。

粗ガス７の中には未反応のチヤーが含まれるので、チヤ
ー捕集器８で捕集し、ガス化炉１の下部反応層２に循環
して効率を上げるようにしている。

このように構成される噴流層型の石炭ガス化炉１は、燃
料である微粉炭が気流中で数秒以内に反応するので、応
答が早く負荷追従運転が容易であるが、一方でどのよう
な運転状態でもガス化効率を高く維持し、かつ発生する
石炭灰を溶融し、溶融スラグとして安定に排出する条件
を確保する必要がある。

一般に、石炭ガス化炉におけるガス化効率には、CO,CO₂
などのガスに転化した石炭中のカーボンの割合を表わす
カーボンガス化率と、生成ガスと石炭の発熱量との比率
を表わす冷ガス効率とがあり、カーボンガス化率と冷ガ
ス効率との差は生成ガスの顕熱の割合とみなすことがで
きる。石炭ガス化炉１では両者の効率を同時に高めると
ともに、生成ガスの顕熱をいかに回収し有効に利用する
かが、発熱プラント等のプラント全体の熱効率を向上す
る上で重要である。

一方、噴流層型の石炭ガス化炉１では、石炭は部分燃焼
反応によつてH₂,CO等に転化すると同時に、発生する熱
によつて高温となり、石炭中の灰分が溶融してスラグ10
となる。このスラグ10は炉壁を流下してスラグタツプ９
から排出されるのであるが、少なくとも下部反応層２の
温度をスラグ10の融点以上に保持しておかないと、スラ
グ10が炉壁やスラグタツプ９に固着し、これによつて炉
の運転ができなくなる。スラグ10の融点は主として石炭
５の性状に依存するが、灰の融点が高い石炭であつても
スラグの溶融状態を保持して安定に流下させ、安定なガ
ス化処理をすることが要求される。

上述したガス化効率とスラグの流下安定性は、ガス化剤
の酸素供給量によつて支配される。第３図に酸素比（酸
素供給量／石炭供給量）に対する理論ガス化温度，ガス
化効率，ガス発熱量との関係を示す。同図から判るよう
に、酸素比を大きくするとガス化温度は上昇しカーボン
ガス化率η_Ｃも増大するが、冷ガス効率η_Ｇは酸素比＝
0.81付近から低下する。これはある酸素比から、生成ガ
ス中のCO₂濃度が増大し、ガス発熱量が低下することに
よる。一方、ガス化炉内の温度は高いほど石炭灰を溶融
しやすくスラグを流下しやすい。

したがつて、スラグの安定流下とカーボンガス化率η_Ｃ
の向上の面からは、酸素比は大きいほどよいが、その反
面ガス化効率が低下するという問題がある。

以上のように噴流層型の石炭ガス化炉ではできるだけ酸
素比を小さくして冷ガス効率η_Ｇを高くし、しかもスラ
グを安定に流すようにすることが必要である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、石炭ガス化炉１の熱損失はバーナのピーク温
度で決まり、負荷の大小には無関係に略一定である。し
たがつて、負荷が低下した状態で酸素比を一定のままに
しておくと、下部反応層２の温度が灰の溶融点以下とな
り、スラグ10の排出が困難となり、石炭ガス化炉１の運
転が不可能となる。

これらのことから、従来の石炭ガス化炉では、あらかじ
め若干高めの酸素比で運転するか、酸素比を負荷によつ
て調節するかいずれかの方法がとられる。

前者の酸素比を高く供給しておく方法によると、高負荷
でのガス化効率が悪くなるという問題がある。

一方、後者の酸素比を負荷によつて調節する方法による
と、上部反応層３にも下部反応層２と同じ酸素比のガス
化剤が供給されるため、スラグの溶融温度は保持できる
が、ガス化効率としては低下するという問題がある。

また、上記従来例あるいは特開昭58−80381号公報のよ
うにガス化剤として酸素富化空気を用い、これを、上部
・下部反応層に区別して供給するようにしたものにあつ
ては、酸素比が大きくなると酸素製造装置も大形にな
り、トータルのエネルギ効率が低下して経済性が劣化す
るという問題がある。

本発明の目的は、負荷変動などの炉状態変動に対応させ
てガス化効率を高く維持でき、かつスラグの流下安定性
を保持でき、しかも純酸素消費量を低減できる噴流層型
石炭ガス化炉の運転方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、石炭とガス化剤と
により噴流層を形成して石炭をガス化するとともに、発
生したスラグを炉底部に流下させて排出するように形成
された噴流層型石炭ガス化炉の運転方法において、前記
ガス化剤として空気を用い、この空気量を負荷に対応さ
せて定められた全酸素比に基づいて調整する一方、反応
層下部に酸素富化空気を供給し、こり酸素富化空気量を
調整して反応層下部温度を所定値上に保持することを特
徴とする。

〔作用〕

すなわち、本発明は基本的に空気をガス化剤とすること
によつてガス化温度を下げ、これによつてガス化効率、
特に冷ガス効率を高く維持し、一方の下部反応層は供給
される酸素富化空気によつてスラグ溶融点以上に保持さ
れることになる。このように、ガス化効率の調整と下部
反応層の温度調整とを別々に行なうようにした結果、ガ
ス化炉の負荷等が変動しても空気を調整することにより
ガス化率を高く維持しながら、一方で酸素富化空気を徴
整することによつてスラグの流下安定性を保持すること
が容易になし得ることになる。しかも、酸素富化空気の
消費量は下部反応層の温度維持分のみに低減することが
できるので、酸素発生装置は小形のものでよいことにな
る。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図に本発明を適用してなる一実施例装置の全体構成
を示す。同図において、石炭ガス化炉１は第２図従来例
と同一の構成を有するものであることから、模式的に簡
略化して示されている。

石炭ガス化炉１の、下部反応層２および上部反応層３に
対して、ガスタービン装置20のコンプレツサ22から、ガ
ス化剤としての抽気空気31が送気されている。それぞれ
の空気供給量は空気量調整弁12,13により調整可能にな
つている。また抽気空気31を原料として酸素製造装置30
で酸素富化空気32が製造され、酸素富化空気量調節弁14
を介して下部反応層２へ供給されるようになつている。

石炭５は石炭量調節器15,16を介して負荷（または空気
供給量）に応じた量に調整され、それぞれ下部反応層２
と上部反応層３とに供給されている。石炭ガス化炉１に
おいて発生した粗ガス７は、チヤー捕集器８にチヤーが
分離除去された後熱回収装置17に送られ、被熱交換媒体
と熱交換させて蒸気を発生することにより粗ガス７の顕
熱が回収される。その後粗ガス７はガス精製装置４に導
かれてガス中に含まれるダスト及び硫黄等の反応化合物
が除去，精製されて石炭の生成ガス71となる。

生成ガス71はガスタービン装置20の燃焼器21に供給さ
れ、コンプレツサ22により加圧された酸化剤としての高
圧空気23と反応して燃焼ガス24が生成される。この燃焼
ガス14はガスタービン25に導かれてガスタービン25を駆
動する。このガスタービン25で発生した動力の一部は電
動機26の駆動に使用され電力を発生する。ガスタービン
動力の過半はコンプレツサ22の駆動に使用される。この
コンプレツサ22の吐出高圧空気23の一部は前記石炭ガス
化炉１のガス化剤としての空気31として抽気され、昇圧
コンプレツサ33により所定の圧力に昇圧され、石炭ガス
化炉１へ送気される。

一方、ガスタービン25の排ガス28は排熱回収ボイラ29に
送られ、高温高圧の蒸気を発生させ、その蒸気により図
示していない蒸気タービンを駆動しこれに連結されてい
る発電機を回転させ電力を発生するように構成されてい
る。

このように構成される実施例の運転方法、特に空気31と
酸素富化空気32の調整について次に説明する。

第３図に示したように、酸素富化空気32を使うと生成ガ
スの発熱量を高くすることはできるが、一方で酸素富化
空気32を製造する費用が発生するため、発電プラント全
体としての経済性は低下する。したがつて、プラントが
頻繁に運転される負荷帯では、極力酸素富化空気32を使
わずに、抽気空気21のみによる空気吹込み運転を行なう
ようにするのが得策である。

したがつて、石炭ガス化炉１の酸素比は、空気吹込みベ
ースの酸素比で調整し、酸素富化空気32の調整は酸素比
制御から除外する。つまり、石炭ガス化炉１は基本的に
は空気吹込み運転とするのである。この場合酸素比は石
炭ガス化炉１の効率をよくするために負荷運用範囲を考
えて極力小さい値を選択しておく。そして、酸素富化空
気32の使い方としては、石炭ガス化炉１の下部反応層２
の温度が所定値よりも低下したときだけ酸素富化空気32
を下部反応層２へ供給し、下部反応層２の酸素比を増加
して反応温度を上げ、スラグの溶融流下を保持するよう
にする。

ここで酸素比の設定方法を第４図を用いて説明する。同
図は石炭ガス化炉１の空気酸化による理論ガス化温度と
酸素比との関係を示しており、100％負荷の場合を線a,5
0％負荷の場合を線ｂとし、また石炭５の石炭ガス化炉
１におけるスラグ溶融排出のための操作下限温度を1700
℃とする。例えば酸素比をＡ点に設定しておくと、定格
負荷以下ではスラグの溶融排出が不可能となるので、酸
素比を若干高いＢ点に設定しておくようにする。Ｂ点に
設定しておいても、石炭ガス化炉１の負荷が50％まで下
がるとＣ点となり、スラグの溶融排出操作下限温度とな
る。したがつてこの点Ｃになつたときの下部反応層２へ
酸素富化空気32を供給開始するようにする。

上述したように本実施例によれば、負荷変動してもガス
化効率を高く維持することができ、かつスラグの流下安
定性を保持することができるという効果がある。

また、ガス化剤として基本的には空気を用いていること
から、酸素富化空気の消費量を低減することができ、こ
れによつて酸素発生装置を小形化して経済性を向上させ
ることができる。

なお、上記実施例の空気31及び酸素富化空気32の供給量
調整法を実施する具体的な自動制御装置の一実施例の構
成を示す。

前述した方法で決定した酸素比を酸素比設定器51へ予め
設定しておき、流量検出器で検出された抽気空気31の流
量信号に基づいて石炭量調節器15,16が石炭ガス化炉１
への石炭供給量を制御する。

一方プラントの負荷信号60空気量制御装置61へ与えら
れ、空気量調節弁12,13によつて抽気空気量31を制御す
る。

一方、下部反応層２の反応温度を温度検出器65により検
出し、その反応温度がスラグの溶融温度以上になるよう
に酸素富化空気量調節弁14を制御して酸素富化空気22を
下部反応層２へ供給し、下部反応層２だけの酸素比を高
め、反応温度を高く維持する。

なお実際には、下部反応層２の温度は2000℃近くにもな
り、直接的に温度を測定することは極めて困難であるか
ら、下部反応２の反応温度に相関する他の状態値、例え
ば、石炭ガス化炉１出口の粗ガス７の温度等で代用する
ことも可能である。

また、実験等によつて負荷と酸素比と反応温度の関係が
予め得られている場合は、負荷に基づいて酸素富化空気
量32を制御することも可能であり、あるいは反応層温度
に関する複数の状態値を組み合せてもよい。

なお、第１図，第５図の実施例においては、いずれも酸
素富化空気32を下部反応層２へ直接的に供給するように
したが、下部反応層２へ供給される空気31に混入するよ
うにしてもよい。この場合は調節弁12の下流側配管に注
入するようにする。

また、第１図，第５図実施例によれば、主ガス化剤とし
ての空気31とは独立に、下部反応層２に酸素富化空気32
を供給して、下部反応層２の温度をスラグ溶融点以上に
保持するようにしていることから、酸素比以外の他の反
応温度低下原因（外乱）に対しても有効に対応でき、石
炭ガス化炉の保護を達成することができる。なお、その
ような外乱としては、急激な負荷変動や、負荷変動に対
するガス化剤用空気の追従遅れ、石炭の性状の変化、あ
るいは、チヤーのリサイクル量の変動などがある。特
に、チヤーの還流量は石炭の供給量の20〜30％になれる
ので、チヤー還流量の変動は下部反応層２に大きく影響
を及ぼすのであるが、従来はこの変動に対して何ら配慮
していなかつたが、本発明によれば、下部反応層２の温
度を直接調節するようにしているので、そのような外乱
に対しても有効に作用する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、下部反応層の反応温度に対応して、酸
素富化空気を全体の酸素比に関係なくバツクアツプする
方法としているので、噴流層型石炭ガス化炉の機能上、
最も重要なスラグの溶融温度の維持が容易となり、負荷
変動や外乱に対応させてスラグの流下安定性を保持でき
るという効果がある。

この結果、石炭ガス化炉のガス化剤として空気を利用
し、さらに酸素比を低くして運転することが可能なの
で、石炭ガス化炉のガス化効率を高めることができる。
また、酸素消費量を低減できるので、経済性が向上され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用してなる一実施例装置の系統構成
図、第２図は一般的な噴流層型石炭ガス化炉の断面図、
第３図は酸素比とガス化効率，ガス発熱量，理論ガス化
温度の関係を示す線図、第４図は第１実施例における酸
素比の設定法を説明する図、第５図は本発明の主要部で
ある自動制御装置の一実施例の系統構成図である。１……石炭ガス化炉、２……下部反応層、３……上部反
応層、12,13,14……調節弁、15,16……供給量調節弁、3
1……空気、32……酸素富化空気、51……酸素化設定
値、65……温度検出器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長崎伸男茨城県日立市幸町３丁目２番１号日立エンジニアリング株式会社内 (72)発明者服部洋市茨城県日立市幸町３丁目２番１号日立エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭とガス化剤とにより噴流層を形成して
石炭をガス化するとともに、発生したスラグを炉底部に
流下させて排出するように形成された噴流層型石炭ガス
化炉の運転方法において、前記ガス化剤として空気を用
い、この空気量を負荷に対応させて定められた全酸素比
に基づいて調整する一方、反応層下部に酸素富化空気を
供給し、この酸素富化空気量を調整して反応層下部温度
を所定値以上に保持することを特徴とする噴流層型石炭
ガス化炉の運転方法。
【請求項２】前記全酸素比は一定の負荷変動範囲にわた
つて一定値としたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の噴流層型石炭ガス化炉の運転方法。
【請求項３】前記反応層下部に供給する酸素富化空気の
量はガス化炉負荷の状態値に応じて定められた値に調整
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の噴流
層型石炭ガス化炉の運転方法。
【請求項４】前記反応層下部に供給する酸素富化空気の
量は、当該反応層下部の検出温度又はこの検出温度に相
関するガス化炉の状態値に基づいて調整することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の噴流層型石炭ガス化
炉の運転方法。