JPS60243195A - 石炭ガス化バ−ナ - Google Patents

石炭ガス化バ−ナ

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JPS60243195A
JPS60243195A JP8378184A JP8378184A JPS60243195A JP S60243195 A JPS60243195 A JP S60243195A JP 8378184 A JP8378184 A JP 8378184A JP 8378184 A JP8378184 A JP 8378184A JP S60243195 A JPS60243195 A JP S60243195A
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burner
flow
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gasifier
temperature
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Shuntaro Koyama
俊太郎 小山
Shinji Tanaka
真二 田中
Atsushi Morihara
淳 森原
Shiro Iijima
飯島 史郎
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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〕 本発明は微粉炭のガス化用バーナに係シ、特に無冷却で
使用可能な石炭ガス化バーナに関する。
〔発明の背景〕
微粉炭(含炭素固体燃料)を含酸素ガスによシ高温度で
ガス化する噴流層ガス化方式は、H2゜COガスを製造
するのに極めて好適で、各種方式の開発が行われている
。これらの方式では、微粉炭を搬送ガス又はスラリー化
媒体液で輸送し、バーナによシ、噴霧してガス化炉内に
供給する。ガス化炉内は1200−1800Cであル、
火炎近傍の温度は2000tl:’を越す場合もある。
このためバーナ先端部はガスから輻射熱を受け高温にな
る。また、ガス化炉壁からの熱伝導によっても熱を受け
る。したがって、従来のバーナは冷却機構を有している
。特開昭58−213089号公報には石炭−水一懸濁
液用のバーナが記述されている。バーナ先端部を水又は
水蒸気を導く導管で囲い、火炎に相対する面にも冷却路
を設けている。また米国Bi−gas パイロットプラ
ントのバーナは多重管にし、外側の管に冷却水を流し冷
してbる( 8 thAnnual Internat
ional Conference onCOGLAC
)。
本発明者らの経験によれば冷却機構付のバーナでは、冷
却剤の流量管理を極めて慎重に行う必要があった。すな
わち特願昭58−92451号明細書に記述したように
、原料供給ノズルの冷却系に圧力と温度の検出端を設け
ζそれぞれの指示値及び指示値の時間変化率から冷却系
を適切に制御し、制御の限界を逸脱した場合に、ガス化
原料及びガス化剤を低減ないし停止させる。
上記出顯によれば、ガス化炉への原料、ガス化剤、冷却
水等の変動に対して、原料・ガス化剤の供給装置の過熱
を防止できる。
以上のような冷却機構付バーナでは冷却系統のトラブル
が発生した場合、最悪の事態として、バーナの先端が溶
融し、大量の冷却剤がガス化炉内に噴出し炉が破損する
か又は冷却剤の圧力がガス化炉圧力より低い場合はガス
化炉内のガスが炉外に噴出するケースが想定される。
一方、ガス化炉のガス化効率は種々の要因で変化するが
、ガス他剤温度の影響も受ける。ガス化剤の温度が高め
と、ガス化炉へ持込まれる熱量が増大するため、ガス化
反応温度が高くな)、ガス化効率が向上する。しかし冷
却機構付バーナでは高温のガス化剤を通すことは、ガス
他剤温度の低下、冷却剤温度の上昇を招くことになり、
ガス化剤をガス化効率向上からみて好しb温度までに加
熱することができない。
以上のように水冷構造付バーナはガス化炉の安全性及び
効率向上の点で限界があった。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とす
るところは、冷却剤を用いることなく安全かつ効率よく
使用できる石炭ガス化バーナを得ることにある。
〔発明の概要〕
即ち、本発明の特徴とするところは、微粉炭とその搬送
流体との混合物が流れる燃料流通孔と、酸素含有ガスが
流れる酸化剤流通孔を1本のセラミック製軸部材の軸方
向に貫通して設けた石炭ガス化バーナにある。
微粉炭をガス(空気、窒素ガス、二酸化炭素等)で搬送
してガス化炉に供給する場合、搬送速度は5〜l Q 
m / sである。又、ガス化剤の流速は30〜150
m/sである。−例として、圧力20〜/cydGのガ
ス化炉に1本のバーナで10t/dの微粉炭を供給しよ
うとすると、微粉炭のノズル径は6〜8m+φ、ガス化
剤のノズル径は1個の場合6〜12mφ、6個の場合で
2.5〜5+wφである。これらのノズル径は石炭の供
給量の平方根に比例して太くなる。一方前記棒状部材の
長さtはガス化炉の反応領域の内壁と圧力容器外壁の距
離で決ま勺、一般には断熱層の厚みに近い。
前記処理量のガス化炉でもz=aoo〜400wm程度
で、スケールアップしても、この値から極端に長くなる
ことはない。前記直径の穴が、断面積を変えることなく
、真直ぐ開いた前記棒状部材には特殊な方法によらず可
能でるる。したがって、本発明よりなるバーナは、例え
ばれんこんあるいはレンタンのような形状のものとする
。このような単純な形状にすることにより、応力集中に
よる割れを防ぐことができる。
次に熱的な変形に対する吸収法であるが、金属との接合
や、バーナ両端の固定等は避ける必要がある。本発明で
は、耐圧を持たせる部材を金属とし、高温になる所をセ
ラミックスとし、金属とセラミックはグランドパツキン
等のシール材によシ熱による延びの吸収を行う。
ガス化炉への取シ付けは、前記金属部材をガス化炉のバ
ーナ取り付けフランジに固定する。セラミックス部は、
圧力容器内に全部納まるようにし、それ自身には圧力が
かからないようKする。
セラミックスの材料としては、静的な状態で使用するの
で熱応力はほとんど無視できることから、耐熱性、耐食
性、耐摩耗性が特に強く要求される。
バーナ先端部は酸化雰囲気になることから、At5rs
系等の酸化物系セラミックが良い。
〔発明の実施例〕
本発明を実施するバーナを第1図乃至第3図に示し、以
下図面に従い本発明を説明する。本バーナは、耐圧容器
7と断熱、耐火材6よりなるガス化炉のフランジ12に
取シ付ける。バーナは基本的に微粉炭等の燃料導入管1
6、酸素ガス等のガス他剤導入管17、バーナ取シ付は
部13及び流通管5で構成される。取シ付は部13は金
属製、流通管5はセラミックス製である。流通管5はグ
ランドパツキン10を介して取り付は部13に固定され
ている。グランドパツキン10はねじ9を締付けること
によシハッキン押え8によシ、固定される。
燃料導入管16から流れてきた燃料1は、連結管11を
通って流通管5の燃料流通孔3に入る。
連結管11は取り付は部13には溶接によ〕固定されて
いるが、流通管5とは、すシ合せKより接続されており
、流通管5又は連結管11の延びを吸収できる。
ガス化剤2はガス他剤導入管17を通シ、取シ付は部1
3のガス室15に入り、ここから、流通管5のガス他剤
流通孔4に入る。燃料1とガス化剤2は流通管5の先端
、ガス化反応室14で反応する。
第2図及び第3図に流通管の断面を示す。本実施例では
燃料流通孔3を流通管5の中央に開け、その周囲に6個
のガス他剤流通孔4を同心円上等間隔で開けた。ガス他
剤流通孔4の位置は製作できる範囲でできるだけ燃料流
通孔3に近づけ、流通管5の径を小さくすることによシ
、流通管5の先端が受ける輻射熱量を低減できる。
本バーナにはバーナ温度監視用の測定装置を設ける。第
1図に示したごとく、熱電対19を、熱電対固定端子1
8を介して流通管5にとシつける。
流通管5には、第2図に示したように、熱電対挿入孔2
0を開け、流通管先端の温度を測定する。
け 本発明なるバーナを設えたガス化炉の運転方法を説明す
る。常温、常圧状態のガス化炉を起動するには、通常ガ
ス化炉予熱器(図示せず)で、まずガス化炉を昇温する
。本発明では、これに先立ちバーナの燃料導入v16か
ら、燃料搬送用のガスを流通させ、その後ガス化炉予熱
器を作動させる。予熱器にはプロパンバーナ又は油バー
ナヲ使用する。ガス化炉の昇温は予熱バーナの性能によ
)、加圧下で開始してもより0昇温の速度はガス化炉の
構造、材質等によるが、平均100〜3()Or/hで
行い、ガス化炉の温度を燃料が着火し、そのまま安定な
ガス化過程に移行できるような温度まで昇温する。この
間、断熱、耐火材6の表面温度及びバーナの流通管5温
度も上昇するが、流通管5に燃料搬送用ガスを流しつつ
、前記速度で昇温してめるため、熱的変化に伴うセラミ
ックスの損傷、破損等Fiまったくない。ガス化炉が所
定の温度に達したら、予熱バーナを作動させたまま、燃
料導入管16よシ、燃料lを供給する。燃料が微粉文等
の固体であれば、すでに燃料搬送ガスは流されているの
で、燃料の供給フィーダ(図示せず)を作動させるだけ
で、燃料は送られてくる。
ガス化炉に燃料が供給されると、この燃料は予熱バーナ
のプロパン又は油の燃焼用空気と反五、6して、燃焼す
る。その後、ガス他剤導入首17よりガス化剤2を徐々
に流し、流通管5の先端で燃料と反応させる。ガス化炉
の温度を監視しながらガス化剤の流量を徐々に所定値ま
で増やす。所定値九達した後、予熱バーナのプロパン又
は油及び空気の供給を停止し、本来のガス化過程に移行
する。
第1表に本発明なるバーナの使用条件の一例を示す。A
LzOs = 99.7 %のセラミックスで製造した
流通管を噂するバーナで試験した結果、バーナ近傍のガ
ス化炉温度1770〜1840Cの時に、バーナ先端温
度は1480〜1510Cを示した。本発明なるバーナ
は、この使用条件で、長時間にわ第1表 たり、微初炭を安定に供給し続けた。第1表はガス化剤
に酸素を用いた場合であるが、ガス化剤に空気を使用し
た実施例を第2表に示す。実施例■は従来の多重管式水
冷金属バーナで、バーナの安全性確保から、空気の予熱
温度は150〜200C程度が限界である。その結果、
ガス化炉を、石炭灰が溶融してスラグとして安だに炉か
ら排出する温度に維持するためには、単位石炭量454
.35〜の空気が必要であ’) 、Hz −CO等の燃
料として使えるガスの転化率(冷ガス効率=ガス生成量
×ガス発熱量/(石炭供給量×石炭発熱量))は55チ
に留った。一方実施例■は本発明なる無冷却セラミック
バーナを用いた場合でアシ、この時、空気の予熱温度を
6100にしても、バーナに異常はなく、安定に供給で
きた。したがって、ガス化炉を所定温度に維持するのに
必要な空気量は単位石炭量当り3.7Kgと少なくなっ
た。その結果、石炭からHz O、COs よシHz 
、 COに軟化する割合が実施例■より多くなシ、冷ガ
ス効率は62%に向上した。以上のような性能は単に材
料にセラミックを使用したことのみから発揮さ、Uるも
のではなく、セラミック自身の形状が性能に左右する。
ガス化炉起動時の温度変化、及び定常時における流通管
先端と燃料の入口部の温度差に対する熱衝撃に対し、流
通管を破損させないためには、燃料流通孔3、ガス流通
孔4及び流通管5の断面形状を軸方向に対して変化させ
なりのが良いことが明らかとなった。最も好ましいのは
、前記それぞれの断面形状が円の場合である。前記3つ
の形状のうち1つ又は2つ又は全てが、軸方向で断面積
が変化したバーナでは割れが生じる場合があった。この
ような割れが生じたことは、燃料又はガス化剤は正規の
流路を通過せず、両者の混合がバーナ先端以外で生じる
ので、バーナ先端部に取シ付けた温度計の指示が異常と
なシ、直ちに確認できる。
冷却機構付きバーナの最も重大な事故は、冷却機能に異
常が生じ、バーナが溶融した場合である。
本発明なるバーナにおいても、最悪の場合、ガス化炉の
温度調節機能に異常が生じ、バーナ先端が溶融すること
が想定される。第1図のバーナにおいて、意図的にガス
化剤の量を増やし、その時の状態を調べたが、ある量か
らバーナの先端が溶ける現象がみられた。しかし、燃料
及びガス化剤が流れている間は、どこかく流通孔が開い
て、両者は閉塞することはなかった。この現象も、前記
割れの場合と同様、温度計で監視し対処可能であつた。
このような最悪の事態が発生しても、冷却機構付きバー
ナのように、冷却剤が大量にガス化炉内侵入し、ガス化
炉を壊滅的に破損することや、逆に冷却管を通ってガス
が外部に吹き出すような事故は生じない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、冷却剤を用いずに燃料及びガス化剤を
安定にガス化炉に供給できるので、ガス化炉の安全性及
びガス化効率の向上を図れる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明石炭バーナの縦断面図、第2図は第1図
のA部詳細縦断面図、第3図は第2図のB−B断面図で
ある。 3・・・燃料流通孔、4・・・ガス他剤流通孔、5・・
・流通管、1・・・燃料、2・・・ガス化剤、14・・
・ガス化反応室。 代理人 弁理士 高橋明夫 第2図 第J図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、微粉炭とその搬送流体との混合物が流れる燃料流通
    孔と、酸素含有ガスが流れる酸化剤流通孔を1本のセラ
    ミック製軸部材の軸方向に貫通して設けたことを特徴と
    する石炭ガス化バーナ。 2、燃料流通孔を中央に、その外周同心円状に酸化剤流
    通孔を複数設けた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バーナ。
JP8378184A 1984-04-27 1984-04-27 石炭ガス化バ−ナ Granted JPS60243195A (ja)

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JP8378184A JPS60243195A (ja) 1984-04-27 1984-04-27 石炭ガス化バ−ナ

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JP8378184A JPS60243195A (ja) 1984-04-27 1984-04-27 石炭ガス化バ−ナ

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JPS60243195A true JPS60243195A (ja) 1985-12-03
JPH046237B2 JPH046237B2 (ja) 1992-02-05

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