JPH09111256A - 石炭ガス化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石炭ガス化装置において、生成ガスのガスカ
ロリーを低下することなく、ガス化炉の熱損失を増加す
ることなく、さらに特別な設備を付加することなく、溶
融スラグを安定して排出することのできる装置。 【解決手段】 石炭ガス化炉の下部がスラグタップを経
て予熱炉に通じ、該予熱炉の下部にスラグ排出用の水ポ
ットが設けられた石炭ガス化装置において、前記スラグ
タップの径より大きくかつ前記予熱炉の径より小さい径
を有する保熱室を、前記スラグタップの直下に隣接した
ことを特徴とする。保熱室の半径をスラグタップの半径
よりも２０mm以上大きくした装置とするのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭をガス化する
装置において、石炭中の灰分が溶融スラグとなってスラ
グタップから流下し排出される際のトラブルを解消し、
安定して排出することのできる装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】石炭を高温で酸素等の酸化剤と反応さ
せ、ＣＯやＨ₂ 等のガスを発生させるガス化装置におい
て、石炭中の灰分をガス化炉で溶融し、該炉の炉壁に付
着させ、該炉下部に設けたスラグタップから流下させ排
出する方式のものがある。その構造例および溶融スラグ
の排出状況を図２により説明する。

【０００３】図２に示す従来の石炭ガス化装置は、石炭
ガス化炉１の下部がスラグタップ２を経て予熱炉４に通
じ、予熱炉４の下部にスラグ排出用の水ポット５が設け
られている。石炭ガス化炉１には、石炭導入管９から微
粉炭あるいはチャーを吹込み、酸素ガスなどの酸化剤の
もとで加熱して燃焼火炎１０を形成している。石炭の分
解生成ガスは、ガス出口６から導出する。予熱炉４は、
バーナ１４の燃焼に必要な容量を有し、石炭ガス化炉１
の立上げ時に燃焼による高温ガスを供給し、石炭の着火
点以上の温度に石炭ガス化炉１を予熱するのに使用す
る。

【０００４】石炭ガス化炉１では、石炭中の灰分は溶融
スラグ１１となって炉壁７に付着し、流下してスラグタ
ップ２から排出され、スラグ滴１２が予熱炉４を通り水
ポット５内に落下し、冷却され固化して、系外に排出さ
れる。ところで、溶融スラグ１１は粘性流体でかつ高融
点物質であるため、温度が下がると粘度が急激に高くな
って固化する。スラグタップ２の上部では、燃焼火炎１
０からの輻射加熱により、スラグは高温に維持され、高
流動性を保っているが、スラグタップ２の下部では、炉
壁７の冷却管８による伝導冷却や、予熱炉４および水ポ
ット５への輻射冷却のため温度が低下し、スラグの粘度
が高まって流動性が劣化し、あるいは固化して、スラグ
タップ２が閉塞する場合が生じた。

【０００５】このようなスラグタップ２の閉塞を防止
し、石炭ガス化炉１の溶融スラグ１１を安定して排出す
るための従来技術として、特開昭５８−２９８８７号公
報には、スラグタップ２の下方にガス抜出し管を設けて
ガス化ガスでスラグタップ２を加熱することが提案され
ている。また特開昭６１−２３５４９３号公報には、ス
ラグタップ２周囲の断熱材にヒータを埋め込むこと、特
開昭６０−２３４８５号公報には石炭ガス化炉１に石炭
供給バーナを多段に設け、スラグ付着状況に応じて上段
バーナの酸素供給量を増減することが、それぞれ提案さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】石炭ガス化装置におい
て、スラグタップ２が閉塞すると、操業を停止せざるを
えなくなるので、溶融スラグを安定して排出することが
必要である。スラグの溶融温度は、石炭中の灰分の組成
によって異なるが、高い場合はフラックスを添加して１
３００℃程度以下にすることが一般に行われる。溶融ス
ラグをスラグタップ２から安定して排出させるには、こ
の溶融温度より５０〜１００℃高い温度に維持するこ
と、すなわちスラグタップ２側面の温度を上部から下部
まで１３５０〜１４００℃以上に維持することが必要で
ある。

【０００７】石炭ガス化炉１の温度は１５００〜１７０
０℃で操業し、燃焼火炎１０の温度はさらに高い。した
がって、前述のようにスラグタップ２の上部では、溶融
スラグが高い流動性を保つに十分な温度が維持される。
しかし、スラグタップ２の下部では、燃焼火炎１０から
の輻射伝熱が減少し、冷却管８への伝導冷却および予熱
炉４や水ポット５への輻射冷却により、温度が低下す
る。スラグタップ２下部の温度を低下させないために
は、燃焼火炎１０の温度を上げること、スラグタップ２
の径を大きくすること、スラグタップ２の部分の炉壁７
を薄く、すなわちスラグタップ２の高さを低くすること
が考えられる。

【０００８】しかし、燃焼火炎１０の温度を上げるには
酸化剤の使用量を増加するので、ＣＯ₂ 生成量が増加し
て生成ガスのガスカロリーが低下し、ガス化効率が低下
するという問題があり、必要以上に温度を上げることは
できない。スラグタップ２の大径化は、予熱炉４や水ポ
ット５への輻射冷却による熱損失が増加することから好
ましくない。スラグタップ２部の炉壁７を薄くすると、
予熱炉４や水ポット５への輻射冷却による熱損失が増す
ほか、冷却管８の径を確保するため３０mm程度が限界で
ある。また、石炭ガス化炉１およびスラグタップ２の内
面には、溶融スラグによる侵食を防止するため耐火材を
内張し、かつ表面で溶融スラグを固化させるセルフライ
ニングが行われるので、スラグタップ２の高さを低くす
るには限界があり、従来の構造では閉塞防止は達成でき
なかった。

【０００９】また上記公報に提案された手段にもそれぞ
れ問題がある。すなわち、特開昭５８−２９８８７号公
報の手段は、ガス抜出しのための配管が必要である。特
開昭６１−２３５４９３号公報の手段はヒータの信頼性
に問題があり、特開昭６０−２３４８５号公報の手段
は、バーナの酸素比を上げるとガスカロリーが低下する
という問題がある。

【００１０】本発明は、石炭ガス化装置において、生成
ガスのガスカロリーを低下することなく、ガス化炉の熱
損失を増加することなく、さらに特別な設備を付加する
ことなく、溶融スラグを安定して排出することのできる
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、石炭ガス化炉の下部がスラグタップを経て
予熱炉に通じ、該予熱炉の下部にスラグ排出用の水ポッ
トが設けられた石炭ガス化装置において、前記スラグタ
ップの径より大きくかつ前記予熱炉の径より小さい径を
有する保熱室を、前記スラグタップの直下に隣接したこ
とを特徴とする石炭ガス化装置である。そして、保熱室
の半径をスラグタップの半径よりも２０mm以上大きくし
た装置とするのが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明装置を図１の例により説明
する。スラグタップ２の直下に隣接して円筒状の保熱室
３を設け、該保熱室３の径をスラグタップ２の径より大
きくかつ予熱炉４の径より小さくしている。そして保熱
室３の半径をスラグタップ２の半径より２０mm以上大き
くするのが好ましい。すなわち、肩部１３を有する保熱
室３を設け、肩部１３は片側２０mm以上とするのが好ま
しい。

【００１３】本発明者は、スラグタップ２側面の伝熱を
解析し、上部から下部まで、溶融スラグが高い流動性を
保つことのできる温度に維持される条件を検討した。必
要な温度は、前述のように、スラグの溶融温度より５０
〜１００℃高い１３５０〜１４００℃以上とした。１０
００℃以上の高温では、輻射伝熱が支配的であることか
ら、スラグタップ２下部の輻射伝熱の形態係数を調べ
た。輻射伝熱では、温度の４乗の差と形態係数の積が単
位面積当たりの伝熱量になる。

【００１４】検討に際して、スラグタップ２を直径１０
０mm高さ３０mmの筒状で、冷却管８から３０mm離し耐火
材で断熱したものとした。また予熱炉４を、直径４００
mm高さ１２００mmの筒状とし、上部４００mm下部８００
mmに分割して計算した。その結果、スラグタップ２下部
の形態係数は表１に示すような値となった。すなわち、
予熱炉上部への形態係数が大きいことから、予熱炉上部
の温度を高くすることが必要であると判明した。予熱炉
４上部の温度を高くするには、スラグタップ２の径を大
きくして、石炭ガス化炉１からの輻射熱を多くすればよ
いが、石炭ガス化炉１から予熱炉４および水ポット５へ
の熱損失が増加するので好ましくない。

【００１５】

【表１】

【００１６】本発明装置は、図１のように、予熱炉４の
上部を小径化しスラグタップ２の径より大きい保熱室３
を形成しているので、石炭ガス化炉１からの保熱室３上
部への輻射伝熱の形態係数が増加して、保熱室３上部の
温度を高くできる。一方、石炭ガス化炉１から予熱炉４
および水ポット５への輻射冷却が保熱室３で遮蔽される
ので、石炭ガス化炉１の熱損失は減少する。なお、予熱
炉４全体を小径化することも考えられるが、予熱炉バー
ナ１４の燃焼に必要な容積が必要なことから、燃焼室を
別途設ける必要があり、好ましくない。また、保熱室３
の高さは、高い方が効果があるが、スラグタップ２の直
径の４倍程度あれば十分である。

【００１７】このように本発明装置では、スラグタップ
２の直径および高さは従来と同様に必要な値をとり、予
熱炉４の上部、スラグタップ２の直下に、予熱炉４の径
より大きく、スラグタップ２の径より小さい径を有する
保熱室３を設けたことで、スラグタップ２側面の温度を
必要な高温に維持することができ、溶融スラグを安定し
て排出することができる。そして、保持室３の半径をス
ラグタップ２の半径よりも２０mm以上大きくすること
で、溶融スラグがスラグタップ２の側面に全く付着せず
に排出することができる。

【００１８】

【実施例】

（本発明例１） 図１に示す本発明装置において、スラ
グタップ２を直径１００mm高さ３０mmの筒状で、冷却管
８から３０mm離し耐火材で断熱したものとし、保熱室３
を直径を１４０mm高さ４００mmの筒状、また予熱炉４
を、直径４００mm高さ８００mmの筒状とした。すなわち
保熱室３の肩部１３を片側２０mmとした。スラグ溶融温
度は１３００℃であり、石炭ガス化炉１の炉温１６００
℃で操業した結果、スラグタップ２下部の温度は１３６
０℃、予熱炉４上部の温度は１２１０℃となり、スラグ
タップ２側面にはスラグが全く付着せず、スラグタップ
２の閉塞は起こらなかった。また、予熱炉４下部の温度
は７００℃であった。

【００１９】（本発明例２） スラグタップ２の直径を
１００mm、保熱室３の直径を１３０mm、すなわち肩部１
３を片側１５mmとし、他は本発明例１と同様にした場合
は、スラグタップ２下部の側面にわずかなスラグの付着
が見られたが、スラグタップ２の閉塞は起こらなかっ
た。

【００２０】（従来例） 保熱室３を設けず、スラグタ
ップ２を直径１００mm高さ３０mmの筒状で、冷却管８か
ら３０mm離し耐火材で断熱したものとし、予熱炉４を、
直径４００mm高さ１２００mmの筒状とし、石炭ガス化炉
１の炉温１６００℃で操業した従来例では、スラグタッ
プ２下部が１２９０℃、予熱炉４上部が１０３０℃とな
り、スラグタップ２が閉塞した。また、予熱炉４下部の
温度は９００℃であった。

【００２１】このように、本発明例１では、スラグタッ
プ２下部の温度が従来例より７０℃上昇することで、ス
ラグタップ２の閉塞が防止できた。また予熱炉４下部の
温度は従来例の９００℃から、本発明例１では７００℃
に低下し、水ポット５への損失熱が減少して、石炭ガス
化炉１の損失熱を減少することができた。

【００２２】なお、スラグ溶融温度が１３００℃より高
いときは、フラックスの使用、石炭ガス化炉１の温度、
スラグタップ２の径を選定することで閉塞せず、安定し
てスラグ排出を行うことができた。また構造上、スラグ
タップ２の高さを高くする必要がある場合には、スラグ
タップ２の径を大きくすることで、同様に安定してスラ
グ排出できた。さらに、スラグタップ２上部のスラグ排
出口に堰を設けた場合も同様であった。

【００２３】

【発明の効果】本発明装置は、石炭ガス化炉の下部がス
ラグタップを経て予熱炉に通じ、該予熱炉の下部にスラ
グ排出用の水ポットが設けられた石炭ガス化装置におい
て、前記スラグタップの径より大きくかつ前記予熱炉の
径より小さい径を有する保熱室を、前記スラグタップの
直下に隣接しているので、スラグタップ側面の温度を上
部から下部までの全域にわたって、溶融スラグが高流動
性を保つ温度に維持でき、スラグタップの閉塞を起こす
ことなく、安定したスラグ排出を行うことができる。そ
して、生成ガスのガスカロリーを低下することなく、ガ
ス化炉の熱損失を増加することなく、さらに特別な設備
を付加する必要もないので、安価な設備で信頼性の高い
操業を行うことができる。なお、本発明装置は、石炭ガ
ス化装置に限らず、廃棄物焼却炉等のスラグ排出にも適
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置例の縦断面図である。

【図２】従来装置例の縦断面図である。

【符号の説明】

１…石炭ガス化炉 ２…スラグタップ ３…保熱室 ４…予熱炉 ５…水ポット ６…ガス出口 ７…炉壁 ８…冷却管 ９…石炭導入管 １０…燃焼火炎 １１…溶融スラグ １２…スラグ滴 １３…肩部 １４…バーナ

フロントページの続き (72)発明者 飯田 洋 千葉県木更津市清見台南４−17−17−301

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石炭ガス化炉の下部がスラグタップを経
   て予熱炉に通じ、該予熱炉の下部にスラグ排出用の水ポ
   ットが設けられた石炭ガス化装置において、前記スラグ
   タップの径より大きくかつ前記予熱炉の径より小さい径
   を有する保熱室を、前記スラグタップの直下に隣接した
   ことを特徴とする石炭ガス化装置。
2. 【請求項２】 保熱室の半径をスラグタップの半径より
   も２０mm以上大きくしたことを特徴とする請求項１記載
   の石炭ガス化装置。