JPH0794668B2 - 石炭ガス化装置及びスラグ移動方法 - 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移動させるための装置
及び方法に関する。

【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、他の方式と比較すると、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
ス化方法については、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、気流層ガス化炉は、原料中
の灰分をスラグとして排出する炉であるが、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3−123
537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移動させるために、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移動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】一般に、ガス化炉は２
０〜３０気圧の加圧装置であり、加圧されたガス化炉の
下部には水を溜めた冷却水プールを有するスラグ冷却部
が配置され、該冷却部において、スラグタップから流下
したスラグは、熱応力によって前記スラグの粒径が数ｍ
ｍに水砕される。該冷却部と、加圧及び常圧を繰り返し
スラグを溜める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
形成された架橋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、スラグが圧密され架橋が形成
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架橋によ
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架橋
の除去にはまったく効果がないこと、さらに、連結管の
スラグを移動できれば冷却部に堆積したスラグも安定し
て移動できること、また、連結部が他の機器からの振動
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、スラグ移動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移動できなくなると、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
きな架橋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
ラグを安定にかつ確実に系外に移動できる石炭ガス化装
置及び方法とすることである。

【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、前記ガス化部の下方に配置され径が下方に向か
って絞られ円錐形状をなし流下してくる前記スラグを水
砕させる冷却水が溜めら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を含んで構
成された石炭ガス化装置において、前記ガス化炉と前記
弁の間の連結部に開口を設け冷却水を前記スラグ冷却部
に供給するノズルを配置し、さらに、前記スラグ冷却部
の下部の側壁を貫通し冷却水を供給するノズルを配置す
ることで達成される。

【０００９】さらに、上記課題は、炉内の温度を少なく
とも微粉固体原料の灰の溶融温度に保持しさらに加圧し
たガス化炉内のガス化部で、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し、該スラグを、冷却
水を溜めたスラグ冷却部で水砕させた後、前記ガス化炉
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
ックホッパに移動するスラグ移動方法において、前記弁
が閉鎖されているときは、前記連結された部分に設けた
ノズルから冷却水を供給し、前記弁が開放されていると
きは、前記スラグ冷却部に配置したノズルから冷却水を
供給することで達成される。

【００１０】

【作用】スラグ冷却部とスラグロックホッパとの連結部
の弁を閉鎖してスラグ冷却部にスラグを溜めている場合
は、前記連結部に配置したノズルに供給する冷却水の供
給平均流速をスラグの流動化開始速度以上になるように
供給すれば、前記連結部においては、スラグが流動状態
になるので、スラグが閉塞しない。一方、連結部の弁を
開放してスラグ冷却部からスラグロックホッパにスラグ
を移動させている場合は、冷却水の供給をスラグ冷却部
の下部に配置したノズルから行う。このとき、前記ノズ
ルによりスラグ冷却部に堆積したスラグを撹拌すること
ができる。したがって、スラグ冷却部に堆積したスラグ
は圧密化することなくスラグロックホッパに移動でき
る。

【００１１】

【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生
成ガスに変換するとともに、石炭中の灰分をスラグ３１
に変換するガス化部２と、該ガス化部２の下方に配置さ
れ下方に向かって円錐状に径が絞られ（以下、円錐部７
という）冷却水を溜めている冷却水プール６を有するス
ラグ冷却部４と、前記ガス化部２の上方に配置され、ガ
ス化部２で生成した生成ガスからの熱を回収する熱回収
部３とを含んで構成されている。

【００１２】前記ガス化部２は、炉壁２０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９及び
酸化剤供給ライン１０に接続されたバーナ８と、前記ス
ラグ３１を冷却水プール６に落下させるスラグタップ５
を含んで構成され、前記熱回収部３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
１９と、生成ガスの熱を回収する熱回収ボイラ用のボイ
ラ水供給ライン２１と、ボイラ水排出ライン２２を含ん
で構成されている。

【００１３】ガス化炉本体１の下方に、弁１１を介して
連結管１６と連結管１７で前記スラグ冷却部４と連結さ
れているスラグロックホッパ１２が配置され、該スラグ
ロックホッパ１２には弁２５を介して接続された高圧水
注水ライン２６と、弁２４を介して接続された高圧水排
水ライン２３とが設けられ、さらに、前記スラグロック
ホッパ１２の下方に配置され弁２８を介して連結管２７
でデフューザののど部に接続されたエジェクタ２９と、
該エジェクタ２９を作動させることにより前記スラグロ
ックホッパ１２からスラグ３３と水を取り出しスラグ３
３を水と共に搬送させ前記エジェクタ２９のデフューザ
出口に接続されたスラグ搬送ライン３０と、該スラグ搬
送ライン３０で搬送されたスラグ３３と水を分離する図
示しない固液分離装置と、分離されたスラグ３３を図示
しないベルトコンベヤを用いて投入するスラグホッパが
設けられている。

【００１４】さらに、前記スラグ冷却部４と前記弁１１
の間の連結管１６の管壁の開口部に配置されたノズルＡ
３４に冷却水を供給する冷却水供給ラインＡ１８が接続
され、さらに、前記円錐部７の下部にスラグ冷却部４の
壁を貫通し先端にノズル３２Ｂを有した冷却水を供給す
る冷却水供給ラインＢ１３が配置され、前記スラグ冷却
部４の円錐部７の上部に前記供給された冷却水を排水す
る冷却水排水ライン１４が弁１５を介して配置されてい
る。

【００１５】上記構成によるスラグ移動方法について、
以下に説明する。ガス化部２で生成された1300〜1600℃
の溶融したスラグ３１は、スラグ冷却部４の冷却水プー
ル６の中に落下すると、スラグ３１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３１の粒
径が数ｍｍに水砕され、スラグ冷却部４の冷却水プール
６の中に水砕されたスラグ３３として一旦溜められる。

【００１６】スラグロックホッパ１２に、弁２５を開い
て高圧水注水ライン２６から高圧水を注水し、前記スラ
グロックホッパ１２を満水にしたら、弁２４を閉じて、
前記スラグロックホッパ１２内の圧力がガス化炉１の圧
力と等しくなるまで昇圧し、等しくなったら弁２５を閉
じ、高圧水の流れを止めて、弁１１を開き、前記冷却水
プール６のなかのスラグ３３を前記スラグロックホッパ
１２に移動させ、一定時間経過後に、弁１１を閉じる。
そして、前記スラグロックホッパ１２の下方の弁２８と
前記弁２４を開くと、前記スラグロックホッパ１２内の
圧力は常圧となり、弁２８を通して、スラグロックホッ
パ１２内のスラグ３３と水の混合物は移動される。

【００１７】本実施例は、ガス化炉本体１とスラグロッ
クホッパ１２の間に配置されている弁１１が閉鎖されて
いる状態で、ガス化炉本体１の下部の冷却水プール６の
中にスラグ３３が溜められている場合は、冷却水プール
６に供給する冷却水は前記連結管１６に接続された冷却
水供給ラインＡ１８から供給し、一方、前記弁１１が開
放されている状態でスラグ３３がガス化炉本体１からス
ラグロックホッパ１２に移動されている場合は、冷却水
プール６に供給する冷却水は前記スラグ冷却部４の円錐
部７の下部に配置された冷却水供給ラインＢ１３から供
給することである。なお、いずれの場合も、前記スラグ
冷却部４の円錐部７の上部に配置された冷却水排水ライ
ン１４の弁１５は、必要に応じて開放され、供給された
冷却水は前記冷却水排水ライン１４から排出される。

【００１８】上記２つの例の冷却水供給ラインから供給
された冷却水の流れを、それぞれ図２、図３に示す。図
２に示すように、弁１１が閉鎖されているとき、冷却水
を冷却水供給ラインＡ１８から供給すると、冷却水は連
結管１６内を上昇していく。冷却水の平均流速をスラグ
の流動化開始速度以上に設定すれば、連結管１６内のス
ラグ３３の粒子は流動化するので圧密されることなく、
スラグ冷却部４の下端部及び連結管１６内はスラグ３３
により閉塞されることはない。なお、水砕されたスラグ
３３の粒径は、通常２〜３mm程度であるが、溶融スラグ
３１が高温の状態で冷却水の中に入ると、熱応力が大き
くなるので約１mmとなる。

【００１９】前記スラグの流動化開始速度に関しては、
例えば、鞭、森、堀尾共著「流動層の反応工学」（培風
館 昭和59年2月25日発刊）に記載されており、一般
に、得られるスラグの粒径の２mm及び３mmに対する流動
化開始速度は３．２m／s及び３．９m／sになる。

【００２０】縦軸に流動化開始速度（cm／s）、横軸に
スラグ粒径（mm）をとり、流動化開始速度と粒径の関係
を表したのが図４のグラフである。該グラフから、連結
管１６内へ供給する冷却水の供給平均速度を３cm／s以
上とすればスラグ３３によりスラグ冷却部４の下端部及
び連結管１６内は閉塞されないことが分かる。なお、供
給する冷却水の供給平均速度を流動化開始速度より遅く
すると、連結管１６内へ堆積したスラグが冷却水の流れ
によって上に持ち上げられるので、圧密化を助長し、閉
塞を起こすように作用するので、供給する冷却水の供給
平均速度を流動化開始速度以上とすることが重要であ
る。

【００２１】次に、弁１１が開放されると、流動化され
たスラグ３３はガス化炉本体１からスラグロックホッパ
１２に移動されるが、冷却水は連結管１６を上向きに流
れるので流動化されたスラグ３３の移動方向と逆とな
る。このため、冷却水の上向きの流れがスラグ３３の移
動を阻害する要因となるので、スラグ３３の移動時間が
長くなり、かつ、冷却水プール６に堆積したスラグ３３
も移動できなくなる。また、円錐部７に堆積したスラグ
３３が架橋を形成している可能性もあるので、弁１１を
開放した場合は、図３に示すように、円錐部７に配置し
た冷却水供給ラインＢ１３を使用して冷却水を供給す
る。

【００２２】前記冷却水供給ラインＢ１３は前記円錐部
７の側壁を貫通して、先端にノズルＢ３２を設けてい
る。該ノズルＢ３２の噴出孔は、冷却水の噴出方向がス
ラグ冷却部４内の斜め上方となるように開孔されてい
る。この冷却水の噴出方向により、架橋したスラグは撹
拌され有効に破壊される。本発明者らの実験によれば、
冷却水の噴出速度としては５cm／s以上でなければ冷却
水プール６内のスラグを撹拌することも、架橋を破壊す
ることもできなかった。

【００２３】上記のごとく、ガス化炉１とスラグロック
ホッパ１２の間に配置されている弁１１の開閉に応じ
て、冷却水の供給位置を選択することにより、スラグ３
３を円滑に移動できる。

【００２４】

【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移動できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の石炭ガス化装置の断面図であ
る。

【図２】本発明の実施例の石炭ガス化装置の冷却水供給
部の一例の部分断面図である。

【図３】本発明の実施例の石炭ガス化装置の冷却水供給
部の一例の部分断面図である。

【図４】本発明の実施例の石炭ガス化装置のスラグ流動
化開始速度とスラグ粒径の関係を示すグラフである。

【図５】本発明の実施例の石炭ガス化装置の冷却水供給
部のノズルの部分断面図である。

【符号の説明】

１ ガス化炉本体 ２ ガス化部 ３ 熱回収部 ４ スラグ冷却部 ５ スラグタップ ６ 冷却水プール ７ 円錐部 ８ バーナ ９ 原料供給ライン １０ 酸化剤供給
ライン １１ 弁 １２ スラグロッ
クホッパ １３ 冷却水供給ラインＢ １４ 冷却水排水
ライン １５ 弁 １６ 連結管 １７ 連結管 １８ 冷却水供給
ラインＡ １９ 生成ガスライン ２０ 炉壁 ２１ ボイラ水供給ライン ２２ ボイラ水排
出ライン ２３ 高圧水排水ライン ２４ 弁 ２５ 弁 ２６ 高圧水注水
ライン ２７ 連結管 ２８ 弁 ２９ エジェクタ ３０ スラグ搬送
ライン ３１ スラグ ３２ ノズルＢ ３３ スラグ（水砕された） ３４ ノズルＡ

フロントページの続き (72)発明者 木田 栄次 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社 呉工場内 (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 大関 得一 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 (72)発明者 西ノ明 光 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、前記ガス化部の下方
   に配置され径が下方に向かって絞られ円錐形を形成し流
   下してくる前記スラグを水砕させる冷却水が溜められて
   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
   ロックホッパとを含んで構成された石炭ガス化装置にお
   いて、前記ガス化炉と前記弁の間の連結部に開口を設け
   冷却水を前記スラグ冷却部に供給するノズルを配置し、
   さらに、前記スラグ冷却部の下部の側壁を貫通し冷却水
   を供給するノズルを配置したことを特徴とする石炭ガス
   化装置。
2. 【請求項２】 炉内の温度を少なくとも微粉固体原料の
   灰の溶融温度に保持しさらに加圧したガス化炉内のガス
   化部で、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
   それぞれ変換し、該スラグを、冷却水を溜めたスラグ冷
   却部で水砕させた後、前記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に移動す
   るスラグ移動方法において、前記弁が閉鎖されていると
   きは、前記連結された部分に設けたノズルから冷却水を
   供給し、前記弁が開放されているときは、前記スラグ冷
   却部に配置したノズルから冷却水を供給することを特徴
   とするスラグ移動方法。
3. 【請求項３】 前記スラグ移動方法が、前記連結部に設
   けたノズルから前記冷却水を供給するときの平均流速を
   少なくとも３ｃｍ／ｓとしたことを特徴とする請求項２
   に記載のスラグ移動方法。