JPS60208396A - 石炭ガス化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、噴流層石炭ガス化炉における石炭ガス化方法
の改良に関するものである。

〔発明の背景〕

現在、石炭を高効率でガス化し、その生成ガスによりガ
スタービン及びスチームタービンを駆動させて発電を行
うコンバインドサイクル発電システムの開発が行われて
いる。その中で、石炭のガス化を行う噴流層石炭ガス化
炉は、次の特長を有している。

１）炉内を灰の融点以上の温度に高めるので、石炭中の
灰分を溶融状態のスラグとし系外に排出できる。スラグ
はガラス質であり有害物質を閉じ込めることができるの
で、環境上好適な灰の処理が可能である。

２）炉内を高温に保つために微粉状石炭（以下微粉炭と
称す）のガス化反応が速やかに行なわれるのでカーボン
ガス化率が高い。また、タールを発生させないので、こ
れに伴うトラブルを抑制できる。

このよう々噴流層の開発にあたって本発明者等はすでに
１車２段反応型ガス化炉を提案している。

これは、ガス化剤（酸素、空気等）と微粉炭を炉の上下
で２分割して供給し、上段では酸素の石炭に対する割合
を低くシ、石炭に含まれる灰分の融点以下の温度に保ち
、反応性に富む活性チャーを生成させる。一方下段では
、酸素の石炭に対する割合を高くし、Ｃ０２・Ｈ２Ｏに
富む高温ガスを発生させる。そしてこれらを効率良く接
触させることによりガス化反応を進めるものである。

更に、微粉炭を供給するバーナを、炉の接線方向に向け
て炉内にガスの旋回流を形成させる。その際、炉内に軸
に対し垂直な円を仮想しく以後単に仮想円と呼ぶ）、そ
の接線方向に・く−ナを配置するが、その仮想円の径を
、下段より上段を大きくし壁近傍に強い粒子の下降流を
形成させる。これにより上段より供給した微粉炭から生
成した活性チャーが炉内を上下に往復して活性チャーの
炉内滞留時間が長くなり、ガス化効率が向上する。

しかし、発電を目的とした噴流層には負荷変動性が要求
される。すなわち、発電状態に応じて、３０〜１００チ
の範囲で負荷を変化させた際にも等しく高いガス化効率
が得られねばならない。これに対し粒径の小さな微粉炭
は、反応完結に要する時間が短い反面、ガスに同伴され
易く、未反応の壕ま系外に排出され、カーボンガス化率
を低下させる原因となる。特に低い負荷量において、炉
内ガスの旋回に粒子が同伴されることによシ微粉炭に生
じる遠心力が弱まり、ある程度、径が大きい粒子までガ
スに同伴され飛散してしまう。従・りて％に低負荷時に
おける効率の低下が従来型の問題点であった。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鴬みなされたもので、その目的とす
るところは、低負荷時にもガス化効率が高い石炭ガス化
方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

旋回型ガス化炉では、バーナを炉に対して接線方向に向
けてあり微粉炭及び搬送用ガス、ガス化剤は炉内に旋回
流を形成する。更に炉上面のガス出口径を炉径に比して
小さくすることにより炉内はサイクロンに似た形状にな
る。すなわち、ガスに同伴された粒子は、炉内を旋回し
、遠心力が加えられるためガス流れと分離される。そし
て粒子は壁付近に押しやられて保持され、結果として炉
内に捕集される。そしてこの遠心力は負荷量に比例する
ガス量の２乗に比例するが、粒子を系外に排出するガス
の抗力は負荷量に比例する。従って負荷量の増大に伴い
ガスの抗力より遠心力が大きくなりより大粒径な微粉炭
を捕集できる。以上の事項は次に示す実験結果より明ら
かとなった。

第１図に、粒径２０μｍから１００μｍの粒子の負荷量
と粒子滞留時間の関係を示す。いずれの粒径でも定性的
な傾向は等しく、負荷量の増大に能い粒子滞留時間は減
少するが、ある特定の負荷量以上では逆に増大する傾向
にある。そして、さらに負荷量を増大させると粒子滞留
時間は無限大になる。すなわち、粒子に加わる遠心力が
ガスの抗力エリ大きくなシ、炉内に捕集されることを示
している。また、粒径の増大に伴い、このように粒子が
捕集される負荷量が小さくなる。これは、粒子に加わる
遠心力が粒径の３乗に比例するのに対し、ガスの抗力が
粒径の２乗に比例するために、粒径の増大に伴い粒゛子
を炉内に留める遠心力が、系外に排出させるガスの抗力
より大きくなるので低負荷で捕集できるためである。以
上のような粒子滞留時間の負荷特性から低負荷時にも高
効率な旋回型噴流ノーを用いた微粉炭のガス化方法を発
明した。

第２図は本発明の原理を示す。炉上部は微粉炭に対する
酸素の割合を小さくするので、ガス化反応が遅く、完全
にガス化するためには粒子滞留時間を長くする必要があ
る。また、炉の下部は、微粉炭に対する酸素の割合を大
きくするので、速やかに反応が終結するので粒子滞留時
間は短くてすむ。このような特性に対し、微粉炭を分級
しない従来型の噴流層では、微粉炭の平均滞留時間は、
破線のような傾向を示す。ここで問題となるのは、上段
及び下段に供給する微粉炭の平均粒径が等しいので、上
段及び下段における粒子滞留時間が等しくなってしまう
ことである。す々わち、下段よシ供給した粒子が反応終
結に必要な時間に比べて粒子滞留時間が十分に長いのに
対し、上段より供給した粒子は長い滞留時間が必要であ
るのに、粒子滞留時間が下段と等しいのは好ましくない
、特に、上段より供給する径の小さな粒子には遠心力が
小さいため、未反応のまま飛散する可能性が大きく、こ
れが炉のカーボンガス化率を低下させている。

そこで、粒径の大きな微粉炭は上段から供給し粒径の小
さな微粉炭は下段に供給することにより第２図に示すよ
うに上段から供給する粒子は径が大きいために広い負荷
範囲で炉に捕集される。従って上段より供給する粒子は
完全にガス化される。

また、下段より供給する粒子の径は小さいので、滞留時
間が短くなるが、下段付近は高酸素雰囲気なので短い滞
留時間でも反応は完結する。従って、負荷を変動させて
も、上段よシ供給した粒子は完全に捕集されるので、小
粒径のものが飛散してカーボンガス化率を低下させるこ
とはない。すなわち、低負荷時にも効率を低下させない
、負荷変動に好適な微粉炭のガス化を行うことができる
。

一方、微粉炭の分級方法は様々あるが、最も簡便な方法
としてサイクロンがある。このサイクロンはガス化炉内
で粒子が捕集されるのと同様な原理で微粉炭を分級する
。そこで、ガス化炉内で粒子が捕集されるのと同様な条
件でサイクロンを設計し微粉炭搬送骨に設置し、サイク
ロンで捕集されるものは上段から、それ以外のサイクロ
ンを通過したものは下段から供給する。粒子を炉内に捕
集する力である遠心力は、入口速度の２乗を炉径で割る
ことによりめられるので、サイクロンの出口径に対する
塔径の割合を、ガス化炉におけるガス出口径に対する炉
径の割合と等しくシ、上段バーナからの吹出し速度と、
サイクロンの入口速度を等しくすることにより、サイク
ロンと炉の粒子捕集能力を等しくできる。従って、この
ようなサイクロンを用いることにより、上段に供給され
る微粉炭は完全に捕集されるので、微粉炭中の密度のば
らつき等により粒径が大きくても密度が軽い粒子が上段
に供給されて飛散するという可能性がなくなる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第３図乃至第５図によシ説明
する。

分級器２は、微粉炭１を粒径の大＠な微粉炭１と粒径の
小さな微粉炭に分割する。前記分級器２は微粉炭供給設
備（図示せず）とガス化装置１２を結ぶ微粉炭搬送管に
設置している。そして粒径の大きな微粉炭１′は上段バ
ーナ４に、粒径の小さな微粉炭ＩＩＩは下段バーナ５夫
々に供給している。上段バーナ４には小量の酸素３′が
、また、下段バーナ５には大量の酸素３″が送られる。

噴流層ガス化装置１２は、上部の熱回収シー７１０、そ
の直下のガス化炉６、更にその下部の水層８より構成し
ている。ガス化炉６の水槽８と連通する下面及び熱回収
ゾーン１０と連通ずる上面の径はガス化炉６の径に比べ
て小さく形成している。上段バーナ４及び下段バーナ５
は、軸に対して接線方向に向け、炉内に仮想した円（仮
想円）に接するよう設置されている。そして上段バーナ
４の作る仮想円径を下段バーナ５の作る仮想円径５に比
べて大きく形成している。また、７はスラグタッグ孔、
９は水槽８から抜出されたスラグである。

次に本発明の詳細な説明する。２００メツシュ以下８０
％に粉砕した微粉炭１を、分級器２によシ分級して、粒
径の大きな微粉炭１′と粒径の小さな微粉炭１″に２分
割するが、粉砕した微粉炭１の重量平均粒径を境界とし
て、分割した両者の重量を等しくするように行う。粒径
の大きな微粉炭ＩＩは、酸素３Ｉと共に上段バーナ４か
らガス化炉６に噴出する。また、粒径の小さな微粉炭１
″は、酸素３″と共に下段バーナ５からガス化炉６に噴
出する。酸素３の噴出は、上段バーナ４から噴出する酸
素３′と下段バーナ５から噴出する酸素３″の噴出量の
和が、ガス化に最も適した量とし、下段バーナ５から噴
出する酸素５″の噴出量は、下段バーナ５から噴出する
微粉炭１″が部分燃焼するのに必要な量よシも多くする
。

上段バーナ４より噴出した微粉炭１′は、ガス化炉６の
上段付近が、低酸素雰囲気であるため、部分的にガス化
されて反応性に富む活性チャーを生成する。そして、こ
の活性チャーは、上段バーナ４より噴出した粒径の大き
な微粉炭１′によシ生成したために大粒径なので、ガス
流れに乗り系外に排出されることがなく、遠心力によシ
炉壁近傍に押しヤられ、ガス化炉６に捕集される。

上段バーナ４の仮想円径を、下段バーナ５の仮想円径５
よシ大きくすることによ〕、周方向の速度が上段と下段
で大きく異なり、高さ方向に圧力分布を生じる。下段バ
ーナ５の仮想円径が小さいため中心付近で急勾配な圧力
分布であシ、特に炉壁近傍でガス他炉６上部の圧力が、
下部の圧力より高くなり、上段から下段に向かってガス
が流れる。このガス流れに乗シ炉壁付近に捕集された活
性チャーは下段へ移動する。

一方、下段バーナ５より噴出した微粉炭１″は、ガス化
炉６の下段付近が高酸素雰囲気であるため速やかにガス
化され、高温のＣｏ、、Ｈ２Ｏに富むガスを発生させる
。この高温ガスは、上段バーナ４より噴出した微粉炭１
′から生成した活性チャーと効率良く接触し、完全にガ
ス化される。そして、ガス他炉６上面の出口よシ熱回収
領域１０に移動する。そして、その以後のガス精製等の
設（１１） 備に適切な温度まで下げられ、生成カス１１として系外
に排出される。

微粉炭１に含まれた灰分け、ガス化炉６の下段付近が、
灰の融点以上の高温なので溶融してスラグ状になり炉壁
に付着する。そして炉壁を伝ってガス他炉６下面に設置
したスラグタップ孔７より水層８に滴下して急冷され、
スラグ９として系外に排出される。

第６図は第３図と異なる他の実施例を示すものであり、
本実施例では分級器としてサイクロン２人を使用したも
のである。サイクロン２人は、ガス化炉６と捕集能力が
等しくなるようにする。

すなわち、粒子に加わる遠心力をガス化炉６とサイクロ
ン２人で等しくするが、遠心力は、入口速度の２乗を炉
径で割ることによりめられるので、サイクロン２人の出
口径に対する塔径の割合をガス化炉６における出口径に
対する炉径の割合と等しくシ、上段バーナ４での吹出し
速度とサイクロン２人の入口速度を等しくすることによ
シ両者の粒子に加わる遠心力が等しくなる。また、微粉
炭（１２） １の搬送管には流量計１３．１４を、酸素３の搬送管に
は流量調節計１５．１６を設置する。

次に本実施例の動作を説明する。サイ２１フ２人によっ
て分割された微粉炭１は搬送用気体１７で搬送され、流
量計１３．１４により供給量が測定される。そしてその
供給量に応じて酸素流Ｍｋｉｇ節ｉ゛１５，１６によっ
て流１：を調整して供給する。その設定値は、微粉炭１
の供給量に対する酸素供給量の比は、全体として最適値
とし下段バーナ５から噴出する酸素３″を、上段バーナ
４から噴出する酸素３′よりも多くする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、上段バーナよシ咳出した微粉炭がすべ
てガス化炉に捕集され完全にガス化されるので、低負荷
時も高いガス化効率を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は粒子滞留時間に及ぼす負荷量、粒径の（１３） 石炭ガス化装置の他の実施例を示す縦断面図である。 １・・・微粉炭、２・・・分級器、２人・・・サイクロ
ン、４・・・上段バーナ、５・・・下段バーナ、６・・
・ガス化炉、１２・・・ガス化装置。 代理人　弁理士　高橋明夫 （１４） ’＄　＋　（２］ ＯＡ：０　１００　／ＫＱ　２θ０ 欲老Ｙ量（％ツ ギ　ｚ１２］ ０　２夕　汐θ　フタ　／θＱ 吹荷電荷量％ジ 芋　３　区 第　乙　図 第１頁の続き ０発　明　者　野　口　芳　樹　東京都千代作所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ガス化炉上部にこのガス化炉の水平断面積より小
   径のガス取出口を設けると共に底部にはスラグ取出口を
   設けた石炭のガス化方法において、石炭を旋回させて噴
   出するバーナをガス化炉高さ方向に少くとも２段に配置
   し、上段のバーナからは粒径の大きな微粉状石炭を噴出
   し、下段のバーナからは上段のバーナから噴出される微
   粉状石炭よシも粒径の小さな微粉状石炭を噴出するよう
   にしたことを特徴とする石炭ガス化方法。 ２　サイクロンで分けられた微粉状石炭を上段及び下段
   のバーナへ供給してなることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の石炭ガス化方法。