JPH1017873A

JPH1017873A - 石炭ガス化炉

Info

Publication number: JPH1017873A
Application number: JP17328796A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Fujimura; 秀和藤村; Katsuo Wada; 克夫和田; Toshiki Furue; 俊樹古江; Atsushi Morihara; 森原　　淳; Zensuke Tamura; 善助田村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1996-07-03
Publication date: 1998-01-20
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: JP3371692B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高温微細スラグや低カーボン分のチャーがガス
化室上部の側壁，出口のガス取出し口絞り部およびその
後流側で付着するのを防止する。【解決手段】ガス化室７０上部にガス化室内径よりも小
径のガス取出し口１９と、底部にはスラグ取出し口９を
設け、上下２段の旋回バーナを有するガス化炉６におい
て、上段バーナ８とガス取出し口絞り部１６の距離を上
段バーナ８とスラグ取出し口９間の距離の少なくとも２
倍以上離し、充分な空間領域を上段バーナ上部に設けた
構造とする。また、ガス取出し口絞り部１６，天蓋部１
０６に設けたリサイクルガスヘッダー４７から精製ガス
２６を分割、かつ間欠噴射する構造とし、さらにガス取
出し口絞り部１６の後流側に新たに冷水管５１を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭のガス化プラ
ントにおいて、石炭又はその他の炭化水素源をガス化剤
によりガス化を行わせ可燃性ガスを得るガス化炉に係わ
り、特に石炭を用いた噴流床ガス化炉に好適なガス化炉
構造，運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】噴流床ガス化炉の構成は、反応形態（１
段／２段反応型），バーナ配置（単一／複数、対向／旋
回），全体炉構造（単一炉室／複数炉室）の組み合わせ
から種々の形態が考えられるが、適用炭種，運転操作範
囲の自由度が高く、比較的スケールアップが容易なこ
と、炉壁の信頼性等を考慮した結果、２段反応型／複数
旋回バーナ／単一炉室という組み合わせをベースとして
いる。特に、単一炉室内で２段反応を併発させるため、
構造が簡単で主として、ガス化率の向上が期待できる
（特開昭59−176391号，特願昭59−28552 号）。また、
炉の上部に位置する生成ガス排出口、及び炉の下部に位
置する石炭が溶融した高温溶融灰（以下スラグと呼ぶ）
の排出口の各断面積を、ガス化反応領域の断面積に比べ
て小さくした絞り構造のガス化炉構造となっている。旋
回バーナにより、高ガス化効率は達成しやすいが、逆に
旋回により微細なスラグが中央付近をそのまま周囲と混
合することなく流れるため、後流側で炉壁面に付着する
要因となっていた。

【０００３】第２の例として、やはり２段反応型で複数
バーナ（旋回，対向併用）を用い、２室構造としたガス
化炉もある。ガス化炉下部の第１室にて石炭を高空気比
で反応させ、高温にして灰を溶融排出させるとともに、
上部の第２室にて石炭のみ、あるいは低空気比で石炭を
供給し、主に下部の１室からの高温ガスの熱とその中に
含まれるＨ₂Ｏ，ＣＯ₂をガス化剤として利用する方式で
ある。

【０００４】しかし、この方式の第２室では第１の従来
例とは異なり、直接、酸素と石炭を反応させるわけでは
ないためガス化反応自体が遅く、未反応カーボンを含む
チャーがかなり発生し、それを生成ガスと一緒にガス化
炉から排出するため、この大量のチャーを回収し、再び
ガス化炉へ戻すことがガス化効率を高めるうえで必要不
可欠となっていた、したがって、チャー循環のため構造
が複雑となり、また大量のチャーの発生により循環量も
多くなるため付帯設備も増大する問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記、従来技術の特に
第１例では、カーボンガス化率の向上に視点がおかれて
おり、旋回型バーナ方式はその点から見れば、粒子滞留
時間がかせげ、温度むらもなくなるなど優れた方法であ
るが、逆に旋回力のため、密度が大きく異なるガスとチ
ャーのような固体粒子との混合は容易ではなくなる。

【０００６】たとえば、上段バーナのすぐ下流側で径を
絞っているため、絞り部内側部分が低温になり、またガ
スの停滞領域にもなるため、特に上段バーナからの石炭
はこの温度の低い領域を通過するため、ガス化反応が進
みにくく、結果的にガス化炉から排出されるチャーが増
える問題があった。これは、チャーやスラグの付着に大
きな影響を及ぼすと考えられる上段バーナからのチャー
と下段からの高温ガスとの混合状態、すなわちその混合
分布によって決定されるところの炉内横断面内の温度分
布の不均一性、さらには後述するが、前記チャー中のカ
ーボン濃度に関しての配慮がなされておらず、このため
ガス化室出口における局所的な高温部，低温部の存在
や、付着しやすい微細な高温溶融スラグやカーボン比率
の低いチャーがそのまま飛散することにより、後流側で
の灰付着が避けられず、最悪の場合は従来のガス化室出
口の絞り部上方において、スラッギングにより閉塞して
しまう可能性があった。また、ガス化炉から出た灰分の
多いチャーがその後流に位置する熱回収ボイラ部への付
着によるトラブルの原因にもなりやすかった。

【０００７】以上の点に鑑みて、本発明の目的は、高い
ガス化率を維持してチャー循環量を極力小さくすると同
時に、スラグの飛散量の低減と付着防止の観点から、高
スラグ化率を達成するとともに、下段で発生させた高温
ガスを所定の出口ガス温度すなわち灰の溶融点以下に出
来るだけ温度分布がつかないように冷却し、気流中の高
温微細スラグや低カーボン分のチャーが特に、ガス化室
上部側壁，出口のガス取出し口絞り部およびその後流側
で付着するのを防止するガス化炉構造，運転方法を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
には、ガス化炉内の温度分布はスラグ流下部分は高温に
し、上段バーナより上方では、スラグが付着しにくい温
度に、また炉内での低温部をなくしチャーのガス化反応
を促進させなければならない。更に重要なことは、基礎
実験から得られた以下の知見である。それは、およそチ
ャー中のカーボン割合が重量割合にして１０乃至１５％
以上あればガス温度が1000〜1200℃でも灰分の付着はな
いという結果である。したがって、飛散するチャー中の
カーボン分割合が、チャーが付着しない、少なくとも１
０％より少なくならないよう、チャー中のカーボン分濃
度のムラを抑制することであり、できるだけ理想的な範
囲内におさめることである。

【０００９】そのためには、１）高スラグ化率を達成す
ること、２）炉内で充分な高温ガスとチャーとの混合が
行われること、が必要である。また、付着防止の観点か
ら見れば、２）とも関連するが、３）微細スラグ，チャ
ーが構造物に接する前に気流中にて、少なくとも高温の
ものについては冷却されること、あるいはスラグ中のカ
ーボン濃度の低下を防ぐこと、以上の３点をふまえて、
本発明の１室２段反応型のガス化炉構造を以下のように
する。

【００１０】１）ガス化室には上下２段のバーナを配置
し、それぞれのバーナは旋回型とする。そして、下段バ
ーナは化炉全体での平均の酸化剤／石炭流量比よりも大
きくする。

【００１１】２）循環チャーを供給するチャーバーナへ
の酸化剤量は、チャーの燃焼熱でリサイクルチャー中の
灰分を完全に溶融させるだけの充分な酸化剤量を供給す
る。３）上段バーナは化炉全体での平均の酸化剤／石炭流量
比よりも小さくする。

【００１２】４）従来のように上段バーナ近傍の下流に
は絞り部を設けずに、上段バーナとガス化炉出口ガス取
出し口絞り部まで充分な距離をおき、またその間、絞り
部は設けず同一径とする。

【００１３】５）前記４）のガス化炉出口取出し口絞り
部近傍の天蓋から側壁に沿って上から下に向かって生成
ガスであるリサイクルガスを噴出させる構造とする。

【００１４】６）前記４）のガス化炉出口のガス取出し
口絞り部近傍の下流側に水冷管をガス流れ方向に直交す
る形で配し、輻射による中央部の冷却を行う構造とす
る。

【００１５】具体的には以下の特徴を有するものであ
る。

【００１６】具体的には、微粉炭ガス化反応領域である
ガス化室上部にこのガス化室の内径よりも小径のガス取
出し口絞り部を設けると共に、底部にはスラグ取出し口
を設けたガス化炉において、前記ガス化室を一室とし、
前記ガス化室に微粉炭と酸化剤の混合流体を供給するバ
ーナを上下二段に配置するとともに、上下バーナそれぞ
れが前記ガス化室に仮想した仮想円の接線方向に前記混
合流体を噴出することを特徴とするものである。

【００１７】又、前記上段，下段バーナへの酸化剤投入
量は下段バーナの石炭に対する酸化剤割合を上下段の平
均値であるトータルの石炭に対する酸化剤割合より大き
くし、逆に上段は平均値より小さくなるよう制御される
ことを特徴とするものである。

【００１８】又、前記ガス化室下部に前記石炭ガス化炉
から排出された循環チャーと酸化剤を供給するためのチ
ャーバーナを配置し、前記チャー中のカーボン分が燃焼
して、ＣＯ₂を生成する時に発生する熱量が、チャー中
の灰分を溶融できる熱量に相当するよう、チャー成分に
応じて酸化剤投入量が決定されることを特徴とするもの
である。

【００１９】又、上段バーナと前記ガス化炉ガス取出し
口絞り部の距離を上段バーナと前記スラグ取出し口間の
距離の少なくとも２倍以上離し、下段バーナで発生させ
た高温ガスと上段バーナの石炭から発生するチャーとの
混合面からと、側壁面への輻射、及び混合による冷却面
とから、充分な空間領域を上段バーナ上部に設けた構造
とするものである。又、前記ガス化室上部のガス取出し
口絞り部で灰の融点以下の温度となるようにする。さら
には、カーボン濃度が１０％よりになるチャーを発生さ
せないようにする。

【００２０】又、前記ガス化室上部とそれより径の小さ
い前記ガス取出し口絞り部をつないでいる天蓋部からガ
ス化炉から出た生成ガスをリサイクルガスとして導入す
ることを特徴とするものである。

【００２１】又、前記リサイクルガス用の噴射ノズルを
複数個に分割し、該ノズルを間欠的に切り替えながら噴
射させることを特徴とするものである。

【００２２】又、ガス化炉とその下流側に位置する熱回
収ボイラとの間に前記ガス取出し口絞り部近傍の後流側
に新たに冷水管を設け、偏流防止とガス輻射により比較
的固形分の少ないガス化炉中央部の高温域を冷却するこ
とを特徴とするものである。上記１）によりスラグの流
動点以上の高温化が図れ、さらに発生スラグはバーナの
旋回力により側壁および下部のスラグタップに付着させ
流下させる。チャー中のカーボン分は酸素濃度が高いた
め殆どガス化され、全てＣＯ，ＣＯ₂になる。但し微細
スラグは中央の上昇気流に乗り上方に流れる。

【００２３】また、上記２）より循環チャー中に含まれ
ている灰分はその充分な燃焼熱により完全に溶融し、旋
回力により壁面をつたって流下させることにより、上記
下段バーナと合わせて高スラグ化を達成する。

【００２４】次に上記３）により石炭に対する酸化剤割
合が低い上段バーナからの石炭のうち一部は下段からの
高温上昇ガスと接触しガス化が進行する。また、残りの
石炭は、上記４）により、従来、上段バーナ上部近傍に
あった絞り部がなくなったことで、バーナ旋回力により
側壁に沿った上方流れとなるが、酸素濃度が低いため、
反応は進行しにくくなり、その結果、側壁に近い領域で
の温度が低くなることから、比較的大きな、そしてカー
ボン濃度の高いチャーが発生しやすく、それらを旋回力
により側壁に片寄らせる。したがって、下段及び上段石
炭の一部によって形成された微細スラグは周辺に近いも
のほど、また上記チャー量の方が多ければ、スラグの一
部がチャー中に取り込まれ、側壁への付着はしづらくな
り、また付着量が増えても自然落下する可能性が高くな
る。すなわち、この付近における壁面への下段バーナか
ら発生する高温スラグの付着が防止できる。但し、側壁
に沿って流れるチャーが反応しないでそのままガス取出
し口まで流れてしまうとガス化率が低下することになる
ので、ＣＯ₂やＨ₂Ｏなどの酸化剤を多く含んだ高温ガス
と反応させなければならない。

【００２５】ところで上記４）により従来、上段バーナ
直上にあった絞り部が、かなり上側のガス取出し口まで
上段バーナから離されたことにより、絞り部近傍でのス
ラグ付着による閉塞といった可能性はなくなる。また上
段バーナから絞り部までの空間が長くなるため、高温微
細スラグを含むガスはその周囲に存在する未燃カーボン
を多く含むチャーと接触する機会は従来よりも改善され
る。しかし、下流側の上段バーナからガス化炉出口まで
の領域は旋回力が残っているため、どうしても混合は悪
く、そのまま出口に流れてしまい、炉中央付近は高温の
ままで壁面に近づくにつれ温度は低下する。また温度分
布とは逆に主として上段バーナの上方流れの石炭から発
生したチャー中のカーボン分は壁面に近づくほど増加す
る分布となる。

【００２６】したがって、何らかの手段でこの高温ガス
と上段バーナ発生チャーの混合を促進させることにより
周辺のチャーのガス化反応を生じさせ、また中央高温部
の冷却を同時に進めることが本発明の最も重要なポイン
トである。

【００２７】上記のような温度，濃度分布を改善するた
め、上記５）のリサイクガスブローにより、側壁に付着
したチャーを吹き飛ばし、あるいは側壁近傍を流れるチ
ャーを多く含むガスによる循環流を形成させる。吹き飛
ばされたチャーは中央の主流ガスと混合しながらガス化
反応(Ｃ＋ＣＯ₂＝２ＣＯ）を進める。このため、ガス化
効率の向上と吸熱反応による微細スラグを含む高温ガス
の冷却が行われることになる。また、低温のリサイクル
ガス，チャーと主流ガスとの混合により主流ガスの温度
が下がり断面内の温度分布は均一化の方向に向かう。さ
らに吹き飛ばされた壁面付着チャーと微細スラグの混合
により高温微細スラグの付着防止につながる。

【００２８】さらに上記６）の水冷管を設けることによ
り、ガス化炉中央部が比較的粒子濃度が低く、側壁より
も上下方向の輻射がより有効となるため、化炉中央部の
高温ガスの冷却に効果がある。また、冷却だけでなくガ
ス化室から飛散してきたチャーがこの水冷管に最も多く
付着することになるので、この水冷管の後流側に設けた
正規の水冷管への灰付着が低減することにより、正規の
水冷管の冷却効果を高めることになる。また化炉下部か
らの旋回バーナによる旋回流を弱める整流作用の役割も
果たし、後流側にある伝熱管の伝熱性能の向上が期待で
きる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
よって説明する。本発明のガス化炉は図１に示す石炭ガ
ス化フローにおいて用いられる。図１において、石炭１
は粉砕機２により微粉化され、しかるのち気体搬送さ
れ、サイクロン３，バグフィルター４により捕集され、
ホッパ５に蓄えられる。このようにして貯蔵された微粉
炭は供給用ガス２０（窒素，二酸化炭素，空気，生成ガ
スの１部等）によりガス化炉６のガス化室７０の上方，
下方に送り込まれる。ガス化室７０において上段バーナ
８からは微粉炭２１とガス化剤となる酸素２２Ａ，スチ
ーム２２Ｂの混合流体が噴出され、同様に下段バーナ７
からも微粉炭と酸素，スチームの混合流体が噴出され
る。なお通常はスチームは用いないが、運転条件によっ
ては両段とも、あるいはいづれか片方の段のみスチーム
を供給する場合もありうる。

【００３０】ガス化室内７０で微粉炭はガス化される
が、その詳細は図２に示す本発明のガス化炉の要部縦断
面図にて後述する。

【００３１】微粉炭２１に含まれた石炭灰は溶融してス
ラグとなり、炉壁及びスラグ取出し口９を伝わって水槽
１０に流下する。水槽ではポンプ３０により加圧して送
られる冷却水２３によりスラグ冷却部１１において冷却
され、スラグホッパ１２に蓄えられた後、スラグ分離機
１３で分離廃棄される。スラグを冷却した冷却水２３は
再循環用ポンプ３１により再度利用される。水槽１０は
水を循環させることにより低温に保たれ、炉からの輻射
伝熱、スラグの持ち込む顕熱による温度上昇で水が蒸発
することが防がれる。

【００３２】生成ガス２４は水冷管１７により熱回収さ
れたあと、更に熱回収ボイラ１３にて３００〜４００℃
まで冷却される。そのあと、生成ガス中のチャーはサイ
クロン１４により捕集され、チャーホッパ１５に蓄えら
れ、再びガス化室７０の下部に配置された下段バーナ近
傍に設けたチャーバーナ３３に供給され、ガス化炉内に
戻されて未反応カーボンがガス化される。サイクロン１
４を通過した生成ガス２５はダストフィルターを通り
（図示せず）、ガス精製装置（図示せず）に通され、化
学原料，水素源，工業用の他、発電用であるガスタービ
ンなどの燃焼に供される。

【００３３】なお、前記ガス精製装置を出た精製ガスの
うち、望ましくは５％程度の精製ガス２６を、ガス化炉
６のガス化室７０，上部のガス取出し口絞り部１６近傍
からガス化炉内に噴出させるようになっている。

【００３４】ガス化炉内の水冷管１７および熱回収ボイ
ラ１３内で発生した高圧蒸気２８は高圧ドラム１８を介
し、蒸気配管２７を通って、最終的には蒸気タービン
（図示せず）に送られ発電に寄与することになる。

【００３５】次に本発明のガス化炉内の詳細について図
２を用いて説明する。ガス化室７０の上部は生成ガス取
出し口１９を介して熱回収ボイラと連通し、下部はスラ
グ取出し口９を介してスラグ冷却部１１と連通してい
る。それぞれの取出し口の断面積はガス化室断面積より
も小さい。ガス化室７０の下部から上段バーナ８近傍ま
では全周を断熱材あるいは耐火材３２で囲まれているが
炉内壁を高温ガスや溶融スラグによる損傷から保護する
ため、断熱材あるいは耐火材３２に水冷管１７Ａを埋め
込み、炉の側壁面１０５を冷却し、損傷が一定以上内部
に進行しないようにしている。また上段バーナ８上部か
ら生成ガス取出し口１９にかけての壁面はガス化室下部
よりも温度が低くなるため、水冷管１７Ｂで全周が覆わ
れており、生成ガス２４との熱交換により蒸気を発生さ
せ、生成ガスの冷却を行う。

【００３６】上下段の微粉炭バーナは、それぞれガス化
室上方と下方に設けられ（７，８）、一方、チャーバー
ナ３３はガス化室下部に設置される。本発明ではバーナ
の数は旋回円に接する方向に等間隔に４本配置されてい
る。上段バーナ，チャーバーナについても基本的には下
段バーナと同様に旋回をかけている。また、バーナの数
も４本である。旋回円径の大きさやバーナ本数は石炭供
給量や旋回流の安定性及び運転制御の複雑さなどから決
まるものである。さらには上下段バーナの旋回円径比を
変えることにより石炭粒子の滞留時間を調整することが
出来る。

【００３７】本発明では、上下バーナに供給される石炭
量は同一とし、下段バーナ７に供給される酸化剤である
酸素２２Ａ，２２Ｂ（ガス化剤）と石炭２１の流量比
（酸化剤／石炭）はトータルの（酸化剤／石炭）よりも
大きくしている。すなわち下段の酸化剤流量は結果的に
上段に供給される酸化剤よりも多いことになる。これに
より、ガス化室７０の下部では下段バーナ７から供給さ
れた石炭は酸素が多いため、充分、灰の融点さらには灰
の流動点よりも高温な状態を形成することが出来る。そ
して、この溶融灰すなわちスラグは下段バーナ７の旋回
流により側壁面１０５に押しやられるため流下しやすく
なる。またチャー中のカーボンは酸素濃度が高いためガ
ス化が速やかに進行し、ＣＯ₂，ＣＯ，Ｈ₂Ｏにガス化す
る。なお、強い旋回力を得るためには、旋回円径ｄと炉
径Ｄの比ｄ／Ｄを大きくする必要があるが、大きすぎて
も側壁面が高温火炎にさらされる危険性やスラグタップ
下の冷却部１１にスラグが付着しやすくなるので、最適
な範囲内に留めておくのが望ましい。

【００３８】またリサイクルしてきた、いわゆる循環チ
ャー２９についても、チャーバーナ３３に供給する酸化
剤５３の投入量に関しては、循環チャー中のカーボン分
が燃焼して、ＣＯ₂を生成する時に発生する熱量が、循
環チャー中に含まれている灰分を溶融できる熱量に相当
するよう、チャー成分に応じて酸化剤５３の投入量が決
定されるように調整されるとともに、チャーと酸素の混
合はできるだけ良好にする。なお、チャーバーナのｄ／
Ｄに関しては量が少ないこともあり、ｄ／Ｄを下段バー
ナ並みかそれより大きくとっても問題はない。

【００３９】このようにガス化室７０下部において、酸
素濃度を高めて高温状態を形成すること、および旋回力
を利用して側壁面１０５へのスラグ付着を促進すること
により、下段バーナ７及びチャーバーナ３３から供給さ
れた石炭チャー中の灰分は非常に高い割合でスラグ化す
ることが出来る。逆にいえば上方へいく灰は少なくなる
ため、その分だけ灰付着の可能性を小さくすることがで
きるわけである。ただし温度が上がり過ぎてガス化炉の
側壁面１０５を損傷しないよう酸化剤である酸素２２
Ａ，２２Ｂ及び５３流量の制御あるいは場合によっては
スチーム添加が必要になることもありうる。なお、溶融
灰のなかの微細な高温スラグについては旋回流では壁に
付着することはなく、そのまま上方に流れていくことに
なる。

【００４０】ここで、図３に本発明のガス化炉内のガス
流れの解析結果の概略図を示す。ガス化炉下部の中央付
近１００は高温部となり前記微細スラグはこの中央付近
の上昇気流にのって上方に流れていく。また上段バーナ
と下段バーナ間の側壁面105は旋回力により側壁に押し
やられたスラグの流下が生じており、スラグ取出し口９
を伝わって水槽に流れ落ちる。

【００４１】次に上段バーナから供給された石炭である
が、上段バーナはトータルの酸化剤／石炭比よりも小さ
いため、バーナ近傍では酸素不足の状態となっている。
しかし、酸素量が少ないため未反応のカーボンはある
が、粒子自身の温度は灰の溶融温度までには到達せず、
かつチャーの表面は反応性に富んでいる。この上段バー
ナからの石炭の一部は２段バーナ旋回方式を利用して形
成される流れ１０１により下段からの高温上昇ガス中の
ＣＯ₂やＨ₂Ｏがカーボンと接触しガス化が進行し、Ｃ
Ｏ，Ｈ₂が生成する。また、残りの石炭は同図に示すよ
うに側壁１０３に沿った上方流れとなり、温度は比較的
低く、このため比較的大きなチャーが発生しやすく、旋
回力により側壁１０３に付着する。

【００４２】上段バーナ近傍の上方１０２では、下段及
び上段下降流１０１によって形成された微細スラグは上
記付着チャー量の方が多ければ、スラグの一部はチャー
中に取り込まれ、付着はしづらくなり、また付着量が増
えても自然落下する可能性が高く、壁面１０３への灰付
着による水冷管の伝熱性能の低下が防止できる。

【００４３】次に上段バーナからガス化炉出口にかけて
は炉中央付近は高温で容易に付着する微細スラグを含む
ガスが流れ、図４に示す炉内横断面内の温度分布に示す
ように壁面に近づくにつれ温度は低下する。また温度分
布とは逆にチャー中のＣ分は同じく同図に合わせて示す
が、中央部は下段の旋回力によって捕集されない微細ス
ラグが通り、その周辺部は中央に近いほど、上段から噴
出された石炭が下降流にのり下段からの高温ガスと反応
してガス化反応によりカーボン量の少なくなった、そし
て、灰分の一部が溶融したものが流れている。周辺に近
づくにつれガス化していない未反応なカーボンの割合が
多くなる。すなわち、中央から壁面に近づくほどカーボ
ン量が増加する分布となる。本発明において最も留意し
た点は、この微細スラグやカーボン量の少ないチャーを
含む高温ガスと上段バーナ発生チャーの混合によるガス
化反応の促進と冷却である。

【００４４】本発明のガス化炉では図２に示す上段バー
ナ８からガス化炉の生成ガス取出し口絞り部１６までの
距離を上段バーナ８からスラグ取出し口９までの距離よ
り２倍以上とっている。このため図３のガス流れからも
わかるようにガス化炉中央の高温ガスは周辺に広がる傾
向を示しており、上段バーナからの未反応チャーとの混
合によりガス化の促進とそのとき生じる吸熱現象により
ガスの冷却が行われる。ガスの冷却に関しては側壁に設
けられた水冷管への輻射も本来は期待できるはずである
が、中央部と周辺の間にはチャー粒子が多く存在するた
め、輻射の効果は比較的小さい。輻射の効果を高めるた
めには未反応チャーはガス化させることはもちろん、灰
分は側壁に付着させガス中の粒子濃度を小さくすること
が重要である。高温の溶融灰がそのまま壁面に付着する
と付着量が徐々に増えていってしまうが、本発明では上
段バーナ後流側に充分な空間を設けているので混合や輻
射等の冷却により灰の温度は下がっており大きな付着は
防げる。

【００４５】更に炉内の混合による冷却の促進と局所的
な高温部をなくすること、及び側壁周辺に存在している
未反応カーボンのガス化の促進とそれに伴う吸熱効果に
よる冷却を行わせ、図４のような分布を改善するため、
図２に示すガス取出し口絞り部１６の天蓋１０６から側
壁１０３に沿って上から下に向かって生成ガスであるリ
サイクルガス２６を噴出させ、側壁１０３に付着したチ
ャーを吹き飛ばし、図４に示す循環流域１０４を形成す
る。これにより、吹き飛ばされたチャーは主流ガスと混
合しながらガス化反応(Ｃ＋ＣＯ₂＝２ＣＯ）を進める。
このときの吸熱反応により主流高温ガスは冷却されるこ
とになる。また、低温のリサイクルガス２６およびチャ
ーと主流ガスである生成ガス２４との混合により生成ガ
ス２４の温度が下がり、ガス化炉横断面の温度分布は均
一化の方向に進む。この結果、局所的な高温部がなくな
り生成ガス取出し口絞り部１６近傍でのスラグ付着が防
止できる。

【００４６】また、吹き飛ばされた壁面付着チャーと生
成ガス２４に含まれる微細スラグの混合によりスラグ表
面にカーボンを多く含むチャーが付くことにより、スラ
グ表面のカーボン濃度が１０％以上になる割合が増える
ことになり、やはり下流側での高温微細スラグの付着防
止につながる。さらには、側壁１０３に付着していたチ
ャーがブローされることにより、周囲を垂直にはしる裸
管の水冷管１７Ｂの表面が洗われ、結果的にはガス輻射
の効果が増し、水冷裸管１７Ｂへの伝熱量が増える。従
って、下流側の熱回収ボイラの負荷が小さくなり、従来
よりコンパクトにすることができる。

【００４７】次に、リサイクルガスのブロー方法である
が、動力削減の観点から見れば、当然リサイクルガス流
量は少ないに越したことはない。しかし、流量が少なす
ぎると、上記のようなブローの効果は弱まる。

【００４８】そこで、本実施例のリサイクルガス噴射構
造と噴射方法について説明する。図２，図５，図６に示
すように、リング状のリサイクルガスヘッダー４７を前
記生成ガス取出し口絞り部１６近傍の天蓋１０６の外周
部に設け、ヘッダーを仕切り板５０により８分割し、各
室より噴射ノズル４９を１個ずつ前記天蓋１０６からガ
ス化炉内部に挿入させる。前記リサイクルガスヘッダー
４７の外側には、２つのリサイクルガスマニホールド４
２が取り囲む。

【００４９】ガス精製装置から導かれたリサイクルガス
２６はガスヘッダー４０から２つに分岐され、分岐管４
１を通って前記リサイクルガスマニホールド４２に入
る。それぞれのマニホールドと前記リサイクルガスヘッ
ダー４７とは連通管４８で結ばれており、そこには、そ
れぞれ電磁遮断弁４３Ａ，４３Ｂが備わっている。リサ
イクルガスの噴射は、例えば図５に示すように、遮断弁
４３Ａ，４３Ｂといった対向する１組の遮断弁のみが開
き、そのときは他の弁は閉じている。すなわち、リサイ
クガスは全ノズルから一斉に噴射させるのではなく、常
に対向する２個のノズルのみからブローされる。そし
て、遮断弁を電気信号により予め決められた時間間隔の
もとで、今開いてる弁を閉じ、隣り合う次の１組の弁を
開く。このようにして、順次各ノズルは連続的ではな
く、ある周期のもとで間欠的にリサイクルガスを噴射す
ることになるわけである。

【００５０】この方法により前記ヘッダー４０に流入す
るリサイクルガスが少なくても、ブローされている壁面
近傍には上述の効果を得るだけの運動エネルギーを有す
るガスが流れることになる。壁面に付着したチャーをブ
ローするという観点から見れば連続的でなくてもその流
体の持つ運動エネルギーが大きければ充分その効果は得
られる。

【００５１】また、ノズルの組み合わせとして対向する
１組を選んだのは、できるだけ流れや温度分布が一方向
に非対称に片寄らないようにするためである。

【００５２】次に、図２に示すように生成ガス取出し口
絞り部１６近傍に水冷管５１をその長手方向が主流ガス
２４のガス流れと直交するように配置させ、冷却水３５
を導入し蒸気３６を発生させる。ガス化炉中央部は比較
的粒子濃度が低く、側壁よりもガス化炉中央の上下方向
の輻射がより有効となるため、この水冷管はガス化炉中
央部の高温ガスの輻射冷却に効果があり、前記生成ガス
取出し口絞り部１６近傍のスラグ付着を防止する。ま
た、冷却だけでなくガス化室７０から飛散してきたチャ
ーは最も多くこの水冷管に付着することになる。従っ
て、この水冷管の後流側に設けた正規の水冷管（図示せ
ず）への灰付着は極力低減されることになり、正規の水
冷管の伝熱性能の低下を抑えて、冷却効果を高める働き
も行う。またガス化室（ガス化炉下部）７０からの旋回
バーナである上段及び下段バーナ８，７による旋回流を
弱める整流作用の役割も果たし、後流側にある伝熱管の
伝熱性能の向上が期待できる。なお、この水冷管に付着
したチャーは夜間などにおいて冷却水による温度変化等
の熱衝撃等により付着物を除去する。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、炉内で充分な高温ガス
とチャーとの混合が行われるため、高いガス化率が得ら
れることによりチャーリサイクル量の低減が図れ、ガス
化プラントのコスト低減に大きく寄与する。また、スラ
グ付着防止の観点から見れば、高スラグ化率が得られる
ため、灰の飛散量自体が減ること、及び上記混合効果に
より、微細スラグ，低カーボンチャーが構造物に接する
前に気流中にて、少なくとも高温のものについては冷却
されることになり、ガス化室出口のガス取出し口絞り部
およびその後流側でスラグ付着が防止され、ガス化炉の
信頼性を高める効果がある。更にスラグ付着量が減るこ
とにより、伝熱特性が向上し、熱回収ボイラのコンパク
ト化によるコスト低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス化炉が組み込まれた石炭ガス化フ
ロー図。

【図２】ガス化炉一実施例を示す要部縦断面図。

【図３】本発明のガス化炉内部のガス流れの説明図。

【図４】従来のガス化炉横断面内の温度およびカーボン
濃度分布概略図。

【図５】本発明のガス化炉の一部であるリサイクルガス
の噴射構造の平面図。

【図６】そのＡ−Ａ断面図。

【符号の説明】

６…ガス化炉、７…下段バーナ、８…上段バーナ、１０
…水槽、１６…ガス取出し口絞り部、１７…水冷管、１
９…ガス取出し口、２１…微粉炭、２２Ａ…酸素、２４
…生成ガス、２６…精製ガス、２９…循環チャー、３２
…耐火材、４７…リサイクルガスヘッダー、４９…噴射
ノズル、５１…水冷管、７０…ガス化室、１０６…天
蓋。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森原淳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)発明者田村善助茨城県日立市城南町５−10−５

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微粉炭ガス化反応領域であるガス化室上部
にこのガス化室の内径よりも小径のガス取出し口絞り部
を設けると共に、底部にはスラグ取出し口を設けたガス
化炉において、前記ガス化室を一室とし、前記ガス化室
に微粉炭と酸化剤の混合流体を供給するバーナを上下二
段に配置するとともに、上下バーナそれぞれが前記ガス
化室に仮想した仮想円の接線方向に前記混合流体を噴出
することを特徴とする石炭ガス化炉。
【請求項２】請求項第１項において、前記上段，下段バ
ーナへの酸化剤投入量は下段バーナの石炭に対する酸化
剤割合を上下段の平均値であるトータルの石炭に対する
酸化剤割合より大きくし、逆に上段は平均値より小さく
なるよう制御されることを特徴とする石炭ガス化炉。
【請求項３】請求項第１項において、前記ガス化室下部
に前記石炭ガス化炉から排出された循環チャーと酸化剤
を供給するためのチャーバーナを配置し、前記チャー中
のカーボン分が燃焼して、ＣＯ₂を生成する時に発生す
る熱量が、チャー中の灰分を溶融できる熱量に相当する
よう、チャー成分に応じて酸化剤投入量が決定されるこ
とを特徴とする石炭ガス化炉。
【請求項４】請求項第１項において、上段バーナと前記
ガス化炉ガス取出し口絞り部の距離を上段バーナと前記
スラグ取出し口間の距離の少なくとも２倍以上離し、下
段バーナで発生させた高温ガスと上段バーナの石炭から
発生するチャーとの混合面からと、側壁面への輻射、及
び混合による冷却面とから、充分な空間領域を上段バー
ナ上部に設けた構造を備え、前記ガス化室上部のガス取
出し口絞り部で灰の融点以下の温度となることを特徴と
する石炭ガス化炉。
【請求項５】請求項第１項において、ガス化炉から排出
されるチャーのカーボン濃度が１０％以上であることを
特徴とする石炭ガス化炉。
【請求項６】請求項第１，４項において、前記ガス化室
上部とそれより径の小さい前記ガス取出し口絞り部をつ
ないでいる天蓋部からガス化炉から出た生成ガスをリサ
イクルガスとして導入することを特徴とする石炭ガス化
炉。
【請求項７】請求項第５項において、前記リサイクルガ
ス用の噴射ノズルを複数個に分割し、該ノズルを間欠的
に切り替えながら噴射させることを特徴とする石炭ガス
化炉。
【請求項８】請求項第１，４項のガス化炉とその下流側
に位置する熱回収ボイラとの間に前記ガス取出し口絞り
部近傍の後流側に新たに冷水管を設け、偏流防止とガス
輻射により比較的固形分の少ないガス化炉中央部の高温
域を冷却することを特徴とする石炭ガス化炉。