JPH0774346B2 - 微粉炭ガス化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石炭に代表される微粉
固体炭素質原料の可燃分を生成ガスに変換し、灰分をス
ラグとして排出する気流層方式のガス化炉において、ガ
ス化炉内から系外にスラグを安定して排出させるための
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、石炭などの固体炭素質原料をガス
化する炉の方式には、固定層、流動層、気流層等の各種
方式が提案されている。これらの方式の中で、気流層方
式は、原料を微粉にして酸素や空気などの酸化剤と共に
原料灰の融点以上の温度（1300〜1600℃）の炉内に供給
して、原料中の可燃分をガスに、灰分をスラグに変換す
る方式である。このため、他の方式に比較し気流層方式
は、ガス化効率が高く、適用炭種が広く、さらに、環境
適合性が優れているなどの特徴を有している。したがっ
て、この方式から取り出されたガスは、複合発電装置、
燃料電池などの燃料や、合成ガスなどの原料の製造に適
しているので、国内あるいは国外で開発が進められてい
る。なお、高いガス化効率が得られる気流層ガス化法に
ついては、例えば特開昭59−176391号公報に開示されて
いる。

【０００３】上記のように、気流層ガス化炉では、原料
中の灰分をスラグとして排出するものであるが、ガス化
炉の下部のスラグタップからスラグを安定に流下させる
方法としては特開昭60−92391号、実開昭61−98840号、
実開昭62−162244号、実開平3−70256号の各公報に開示
されている。さらに、スラグタップから流下したスラグ
を溜めるスラグ冷却部に関する考案として、実開平3−1
23537号公報では流下スラグを水中で粉砕する考案が、
また、実開平1−161241号公報では前記スラグ冷却部内
で水砕されたスラグを排出させるために、スラグ冷却部
に注入する冷却水に撹拌流を与えたり、スラグ冷却部か
らスラグロックホッパへのスラグ排出時にスラグが流れ
落ちる方向に冷却水の流れを変える考案が記載されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】加圧されたガス化炉の
下部には水を溜めたスラグ冷却部が配置され、該冷却部
でスラグタップから流下したスラグは、熱応力によって
粒径が数ｍｍに水砕される。該冷却部とスラグロックホ
ッパとの間には、弁が配置されている。該弁の大きさは
通常内径が２００ｍｍ程度のものである。したがって、
スラグ冷却部は炉の下部に向かって円錐状に径が絞られ
ている。前記弁とスラグ冷却部の間、及び前記弁とスラ
グロックホッパの間には、それぞれ前記弁と等しい内径
寸法の連結管が配置されている。

【０００５】前記した公報の事例は、スラグ冷却部の円
錐状に径が絞られた部分において、スラグが圧密状態で
形成されたブリッジの除去に対する考案である。しか
し、本発明者らの実験によれば、スラグが圧密されブリ
ッジが形成される部分は径が最も小さい連結管の部分で
あり、この部分で閉塞が発生する。この連結管でスラグ
のブリッジによる閉塞が発生すれば、スラグ冷却部の円
錐状に径が絞られた部分をいくら撹拌しても、連結管に
形成されたブリッジの除去にはまったく効果がない。さ
らに連結管のスラグを排出できれば冷却部に堆積したス
ラグも安定して排出できること、また、連結部が振動を
受ければスラグは非常に圧密されることを確認した。

【０００６】なお、実開平1−161241号公報に記載され
た方法で、スラグ排出時以外の時に連結管にスラグを落
下させないようにすることはできるが、その場合には多
量の冷却水を供給せねばならず、大きな径の供給配管及
び大容量の供給ポンプを必要とし、現実的でない。スラ
グ冷却部のスラグを排出できなくなると、スラグタップ
から落下するスラグは冷却水面以上に堆積され、スラグ
冷却部においてスラグが冷却されなくなり、スラグが大
きなブリッジを形成するのでガス化炉が破損したり、ガ
ス化炉としての機能の再起動ができなくなる場合もあ
る。

【０００７】本発明の目的は、加圧下のガス化炉からス
ラグが安定にかつ確実に系外に排出できる微粉炭ガス化
装置とすることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、炉内の温度
が少なくとも微粉固体原料の灰の溶融温度に保持され、
さらに加圧された炉内で、酸化剤を用いて前記原料の可
燃分を一酸化炭素及び水素からなる生成ガスに、前記原
料の灰分をスラグにそれぞれ変換するガス化部と、該ガ
ス化部の上方に配置され前記生成ガスから熱を回収する
熱回収部と、流下してくる前記のスラグを水砕させる冷
却水が溜められ前記ガス化部の下方に配置されているス
ラグ冷却部とを含んでなるガス化炉と、該ガス化炉の下
方に弁を介して前記ガス化炉に連結されたスラグロック
ホッパとで構成された微粉炭ガス化装置において、前記
ガス化炉と前記スラグロックホッパとの間の連結部に気
体を注入するノズルを配置することで達成される。

【０００９】

【作用】スラグ冷却部からスラグロックホッパにスラグ
が移動しないときに、スラグ冷却部とスラグロックホッ
パの連結部に気体を注入すれば、連結部、あるいはスラ
グ冷却部の底に堆積したスラグの中を前記気体が通り抜
ける。よって、連結部、あるいはスラグ冷却部の底にお
いてスラグによりブリッジが形成されていても、注入さ
れるガスによりブリッジは壊され、スラグは安定して系
外に排出される。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を図１に示す。ガス化炉本体
１は、石炭中の可燃分を水素及び一酸化炭素からなるガ
スに変換するとともに、石炭中の灰分をスラグ１６に変
換するガス化部２と、該ガス化部２の下方に配置され
て、冷却水８を溜めているスラグ冷却部３と、前記ガス
化部２の上方に配置され、ガス化炉１で発生した生成ガ
スからの熱を回収する熱回収部４とを含んで構成されて
いる。

【００１１】前記ガス化部２は、炉壁４０を貫通して配
置され、一端は炉内に開口し、他端は原料供給ライン１
１、１２及び酸化剤供給ライン１３、１４に接続された
バーナ９、１０と、スラグ１６をスラグ冷却部３に落下
させるスラグタップ１５で構成されている。前記熱回収
部４は、ガス化部２で生成されたガスをガス化炉１から
取り出す生成ガスライン３６と、生成ガスの熱を回収す
る熱回収ボイラ用のボイラ水給水ライン５と、ボイラ水
出口ライン６で構成されている。ガス化炉本体１の下方
に、弁１８を介して連結管３９でスラグ冷却部３と連結
されているスラグロックホッパ１７が配置され、該スラ
グロックホッパ１７には弁３８を介して高圧水２０を注
水させる高圧水注水ラインと、弁３７を介して高圧水２
１をオーバフローさせる高圧水吐出ラインが設けられて
いる。さらに、前記スラグロックホッパ１７の下方に配
置された弁１９を介して、高圧水２３でエジェクタ２２
を作動させ、前記スラグロックホッパ１７からスラグと
水を取り出し、スラグ２８を水で搬送させるスラグ搬送
ライン２４が配置され、該スラグ搬送ライン２４で搬送
されたスラグ１６と水を分離する固液分離装置２５と、
分離されたスラグ２８をベルトコンベヤ２６を用いて投
入するスラグホッパ２７が配置されている。

【００１２】前記スラグ冷却部３と前記弁１８の間の連
結管３９にガス３１を注入するノズル２９が配置され、
前記弁１８と前記スラグロックホッパ１７の間の連結管
３９に前記冷却部３からスラグロックホッパ１７に移動
するスラグを検知するスラグ移動検出器３２が配置され
ている。制御弁３０の制御回路は、スラグ移動検出器３
２の信号を制御器３５に送る信号ライン３４と、前記制
御器３５が前記信号を受けて前記制御弁３０を作動させ
る信号を伝達するための信号ライン３３で構成されてい
る。スラグ移動検出器とは、例えば、光電管のようにス
ラグが移動すれば受光し発電するような機器でもよい
し、マイクロホンのようにスラグが連結管を移動すると
きに発する音を感知する機器でもよい。

【００１３】ガス化部２で生成した1300〜1600℃の溶融
したスラグ１６は、スラグ冷却部３の冷却水８の中に落
下するとスラグ１６の表面と内部との間で数百度の温度
差が生じ熱応力によりスラグ２８の粒径が数ｍｍに水砕
され、スラグ冷却部３の冷却水８の中に一旦溜められ
る。

【００１４】スラグロックホッパ１７内を高圧水２０で
満水にし、スラグロックホッパ１７の圧力をガス化部２
と同じ圧力に昇圧した後、弁３７、３８を閉めて高圧の
冷却水２０の流れを止め、弁１８を開放し、スラグ冷却
部３から冷却部３の底部に溜められていたスラグ２８を
スラグロックホッパ１７に移動させ、一定時間経過後に
弁１８を閉鎖する。その後、スラグロックホッパ１７の
下方の弁１９を開き、高圧水２３でエジェクタ２２を作
動させ、スラグロックホッパ１７内のスラグと水の混合
物を取り出し、スラグ搬送ライン２４を使用して固液分
離装置２５へ搬送する。

【００１５】弁１８を開けてスラグ冷却部３からスラグ
２８をスラグロックホッパ１７に移動させるとき連結管
３９をスラグ２８が移動しているかどうかスラグ移動検
出器３２で一定時間連続して検知し、もしスラグが移動
しなかったら制御弁３０を開けてガス３１をノズル２９
から連結管３９に注入する。もし、スラグ冷却部３の底
部にスラグがブリッジを形成しており、ノズル２９から
ガス３１を連続して注入すれば、ガス３１はスラグ冷却
部３に堆積したスラグの中を通り抜けるので、ブリッジ
は壊されて、安定してスラグを移動できる。

【００１６】なお、ガス３１はガス化炉１から生成され
るガスをリサイクルして利用してもよい。この場合は生
成ガスの発熱量が変化しない。もし、スラグ２８をスラ
グ冷却部３から安定して抜き出せない場合は異常であ
り、頻繁にガスを注入せざるをえなくなる。しかし、頻
繁にガスを注入するとスラグ冷却部の温度がこのガスに
よって下げられる。温度が下げられるとスラグタップ１
５がスラグ１６で閉塞されガス化部２の機能に悪影響を
与える。したがって、注入するガスは酸素を含んだもの
がよい。このように酸素含有ガスを注入すればガスはス
ラグ冷却部３にある可燃性ガスと反応してむしろスラグ
冷却部の温度が上昇する。よって、スラグタップが低温
により閉塞されることがない。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、加圧下のガス化炉から
スラグが安定にかつ確実に系外に排出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の微粉炭ガス化装置の構成図で
ある。

【符号の説明】

１ ガス化炉本体 ２ ガス化部 ３ スラグ冷却部 ４ 熱回収部 ５ ボイラ水給水ライン ６ ボイラ水出口
ライン ７ 高圧冷却水 ８ スラグ冷却水 ９ バーナ １０ バーナ １１ 原料ライン １２ 原料ライン １３ 酸化剤ライン １４ 酸化剤ライ
ン １５ スラグタップ １６ スラグ １７ スラグロックホッパ １８ 弁 １９ 弁 ２０ 高圧水 ２１ 高圧水 ２２ エジェクタ ２３ 高圧水 ２４ スラグ搬送
ライン ２５ 固液分離装置 ２６ ベルトコン
ベア ２７ スラグホッパ ２８ スラグ（水
砕された） ２９ ノズル ３０ 制御弁 ３１ ガス ３２ スラグ移動検出器 ３３ 信号ライン ３４ 信号ライ
ン ３５ 制御器 ３６ 生成ガスラ
イン ３７ 弁 ３８ 弁 ３９ 連結管 ４０ 炉壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 真二 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 橋本 涼一 千葉県袖ヶ浦市中袖３−１ 石炭利用水素 製造技術研究組合 運転研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉内の温度が少なくとも微粉固体原料の
   灰の溶融温度に保持され、さらに加圧された炉内で、酸
   化剤を用いて前記原料の可燃分を一酸化炭素及び水素に
   富む生成ガスに、前記原料の灰分をスラグにそれぞれ変
   換するガス化部と、該ガス化部の上方に配置され前記生
   成ガスから熱を回収する熱回収部と、流下してくる前記
   のスラグを水砕させる冷却水が溜められ前記ガス化部の
   下方に配置されているスラグ冷却部とを含んでなるガス
   化炉と、該ガス化炉の下方に弁を介して前記ガス化炉に
   連結されたスラグロックホッパとで構成された微粉炭ガ
   ス化装置において、前記ガス化炉と前記スラグロックホ
   ッパとの間の連結部に気体を注入するノズルを配置した
   ことを特徴とする微粉炭ガス化装置。
2. 【請求項２】 前記ガス化炉と前記スラグロックホッパ
   との間の連結部に注入する気体が酸素含有ガスであるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の微粉炭ガス化装置。
3. 【請求項３】 前記ガス化炉から前記スラグロックホッ
   パに落下するスラグの移動状態を検出する検出器を前記
   ガス化炉と前記スラグロックホッパとの間の連結部に配
   置し、該検出器の検出信号により前記気体の注入量を制
   御することを特徴とする請求項１に記載の微粉炭ガス化
   装置。