JPS61123697A - 強制冷却炉壁を有する鉄浴ガス化炉 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、内部に収容された溶融鉄（鉄浴）に石炭、コ
ークス、ピッチ等の炭素質物質（以下、単に「固体炭素
質物質」ということもある）を投入してそれらをガス化
する鉄浴ガス化炉に関する。

数次にわたる石油シラツク以来、石油に替わるエネルギ
ー資源として、石炭等の炭素質物質、特にイオウ分等の
高い低品位石炭の利用の研究が国家的規模で進められて
いる。このなかで、鉄浴を石炭ガス化の熱および反応媒
体として用いるいわゆる鉄浴ガス化炉はそのガス化効率
と脱イオウ率が高いことにより注目を浴びている。以下
、便宜上、固体炭素質物質の例として石炭をとって説明
する。

（従来の技術） 鉄浴石炭ガス化法は、鉄皮に耐火物を内張すした転炉形
状の炉に、約１４００〜１６００℃の溶融鉄を収容させ
ておき、原料の石炭とガス化剤生しての酸素、水蒸気等
とをこの鉄浴中に吹き込み、石炭を酸素、水蒸気等と反
応させて石炭をガス化する方法である。

この際、石炭、酸素、水蒸気等は、非浸漬型の多孔ラン
スを通して鉄浴上に吹き付けるか又は浸漬ノズル、羽口
等を通して鉄浴中に吹き込まれる。

最近では、この両者を併用することもなされている。

さらに、石炭中に含有される灰分の滓化促進及び塩基度
調整用に生石灰等の造滓剤を添加することもなされてい
る。

このようにして石炭ガス化によって発生するガスは、ガ
ス回収フードを介して回収され、一方、また石炭天分お
よび造滓剤から生ずるスラグは、炉口あるいはスラグ排
滓装置から適宜排出される。

この鉄浴ガス化炉の技術は、鉄鋼業における転炉のそれ
の応用であるが、転炉操業が短時間ごとのバッチ式操業
であるのに対し、ガス化炉操業は長時間の連続操業を必
要としかつそのときの操業条件も過酷である０例えば、
ガス化炉の炉壁は転炉壁よりも相当に過酷な熱負荷を受
けるため、炉壁の耐火物は転炉におけるものよりも大き
く損傷されやすい、しかも、操業途中の耐火物の補修は
ほとんど見込めなく、補修をするためにはガス化炉操業
を中断する必要がある。

このため、特開昭５５−１１５４９２号公報記載のガス
化炉では、ガス化炉鉄皮の外表面を複数の水冷却装置で
被覆し、熱による耐火物侵食を防止するとともに、冷却
水の温度と流量を制御するという複雑な方法がとられて
いる。しかしながら、この方法ではガス化炉をその鉄皮
の外面から冷却するため、耐火物の熱侵食に対する根本
的な解決策にはならない。

（発明が解決し孝うとする問題点） 鉄浴ガス化炉は、連続操業時に約１６００〜１７００℃
の生成ガスによって長時間高温にさらされ、また高温の
溶湯およびスラグによって洗われるため、炉壁耐火物の
損傷が避けられず、炉壁耐火物の侵食が進めばついには
ガス化炉の操業が続行不能となる。

したがって、本発明の１つの目的は、熱による炉壁の損
傷を防止しあるいはその損傷を出来るだけ抑制すること
によって、ガス化炉の長時間連続操業を可能とする手段
を提供することである。

また、本発明の別の目的は、炉内反応を正常に進行させ
、かつ排滓を円滑に行うために、鉄浴を収容する部分の
構造および炉形状を適正に保持する手段を提供すること
である。

また、本発明の他の目的は、炉壁が損傷しても、その損
傷部分のみを容易に取りはずして未損傷のものに置換す
る。ことによってガス化炉の運転停止期間を可及的に短
くすることができる鉄浴ガス化炉を提供することである
。

本発明のさらに別の目的は、石炭ガス化炉内の反応とそ
れに伴う炉体の損傷状況、特に炉壁の位置による損傷の
相違を考慮し、炉体にかかる熱負荷を均一化し、炉壁全
体の合理的な冷却を行う手段を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、上記問題点を解決するために石炭の鉄
浴ガス化炉に冷却ブロックからなる強制冷却炉壁を設け
ることによって熱負荷の大きい鉄浴ガス化炉の長時間連
続操業を可能とするものであって、その要旨とするとこ
ろは、最も広義には、鉄浴を用いて固体炭素質物質をガ
ス化する鉄浴ガス化炉であって、冷却ブロックを備えた
強制冷却炉壁を設けたことを特徴とする鉄浴ガス化炉で
ある。

また、本発明はその１つの態様によれば、鉄浴を収容す
る下部炉壁部、該鉄浴とその上のスラグとに主として接
触する側壁を形成する中間炉壁部および該中間炉壁部と
一体的に構成され、主として炉内雰囲気にさらされる炉
側壁および天井壁を形成する上部炉壁部から構成され、
前記鉄浴に固体炭素質物質を投入してガス化するための
鉄浴ガス化炉であって、前記中間炉壁部および／または
上部炉壁部に冷却ブロックを備えた強制冷却炉壁を設け
ることを特徴とする鉄浴ガス化炉である。

このように、本発明によれば石炭の鉄浴ガス化炉に冷却
ブロックを組み込んで成る強制冷却炉壁を設けることに
よって、特に上記中間炉壁部およびそれより上方の炉璧
邪にこの強制冷却炉壁を設けることによって浴部構造お
よび炉形状を通正に保持し、もって炉内反応を正常に進
行させ、゛かつ排滓を円滑に行うことを可能にする。

さらに、本発明にあっては、冷却ブロックまたは強制冷
却炉壁を２個以上に分割して設置することによって、た
とえ冷却ブロックで構成する炉壁の一部が損傷しても、
容易にその損傷部分のみを迅速かつ容易に修理すること
を可能にする。すなわち、炉壁全体を単一の強制冷却壁
で構成してもよいが、保修上の便宜上からはそれをいく
つかに分割して、例えばそれを少なくとも前述の中間壁
部または上部炉壁部というように分割するのが好ましい
。

さらに、また本発明によれば、この炉体冷却装置を冷却
部位の炉壁熱負荷、飛来スラグ量、築炉構造、溶湯との
接触可能性等を考慮して、２種以上の冷却ブロックを適
宜組み合せて構成することによって、炉壁全体の合理的
な冷却を行い、もって熱負荷が部位によって異なっても
熱応力による炉変形、クラックがなく、炉形状を適切に
保つことができる。この場合、２１！以上の冷却ブロッ
クは、同質の冷却ブロックであっても、冷却性能、重量
等が異なっていればよい。冷却性能の差は、冷却媒体の
流量の違い、冷却管径の違い等によって得られる。また
、重量の違いは冷却管の材料の違い、鋳ぐるみ金属の差
異等によって得られる。

また、２種以上の冷却ブロックは異質の冷却ブロックを
適宜組み合わせてもよい。

ここに、「冷却ブロック」とは冷却流体の流路を組み込
んだ壁要素であり、例えば蛇行伏冷却管を互いに密に接
触させプレート状にしてなるチューブパネル、および冷
却管を金属環ぐるみしてなる冷却タイルがある。この冷
却タイルの鋳ぐるみ金属としては銅、鋳鉄等が使われる
。いわゆる耐火レンガとは内部に冷却流体用の流路を備
えていることで区別される。本発明によれば、耐火レン
ガ内壁にこの冷却ブロックを組合せて炉壁を構成しても
あるいは冷却ブロックだけで炉壁を構成してもよい。

冷却ブロックの１例としてのチューブパネルは、極限の
冷却能力が太き（、単位面積当たりの冷却能力も大きい
（約３７０　Ｘ　１０３Ｋｃａｌ　／　ｃｄ　、、ｈｒ
　）　ａしかし、単位重量が小さく、溶湯との接触に対
する熱的余裕が小さく、炉構造体の一部として使用した
場合の強度は小さい、これに対して、冷却タイルは溶湯
との接触に対する熱的余裕が太き（、安全性が高い。ま
た、炉構造体としての強度が大きいので、耐火レンガと
組み合わせた構造物として高い強度を有する。さらに、
飛来するスラグ、溶湯、発生ガスで侵食されても破損ま
での時間は長い。極限の冷却能力は小さいが、逆にその
ためスラグ固化による排滓の困難は生じにくい。

これらの冷却タイルの冷却能力は、銅縫込みタイプの冷
却タイルが約３００　Ｘ　１０３Ｋｃａｌ／　ｒｄ　、
ｈｒ、鋳鉄鋳ぐるみタイプの冷却タイルが約２５５　Ｘ
ＩＯ’Ｋｃａｌ／ｒｒｒ、ｈｒである。

なお、特に破損の可能性の大きな部位には、冷却ブロッ
クを炉内側方向に重ねて２個配置し、外側の一個を予備
とするとよい。

また、転炉形状のガス化炉だけではなく、横型の石炭ガ
ス化炉にも通用できる。

次に、添付図面を参照して、本発明をさらに説明する。

第１図および第２図は、従来の鉄浴ガス化炉を本発明に
従い改造した一例を示す略式断面図である０本例の場合
、鉄浴ガス化炉の強制冷却炉は以下に説明するようにい
くつかに分割され、それぞれ冷却ブロックが設けられて
いる。

図示例においてガス化炉１０は、鉄浴１１を収容する下
部炉壁部１２と、この鉄浴１１とその上のスラグ１３と
に主として接触する炉側壁を形成する中間炉壁部１４と
、この中間炉壁部１４のうえに設けられた上部炉壁部１
５とから構成される。第１図の場合、冷却ブロック１６
は中間炉壁部１４と上部炉壁部１５とに部分的に設けら
れている。第２図の場合、中間炉壁部１４の１部に排滓
口１７が設けられており、冷却ブロック１６はこの排滓
口１７の天井壁を含めて炉内壁全体に設けられている。

各冷却ブロック１６は適宜手段で耐火レンガ内壁に固定
されているが、第２図の場合、排滓口１７の天井壁は冷
却ブロックのみで構成されている。下部炉壁部１２は鉄
浴を収容するためであり、常に溶融鉄と接触してむしろ
保温する必要上、また構造的に強固にする必要上、冷却
ブロックは設けられない。

なお、第１図および第２図においては部位Ｉ、■、■、
■および■にそれぞれ冷却ブロックＩ〜■を設けた例を
示す、各部位の位置は次の通りである。

部位■００．スラグおよび溶融鉄が接触する壁部領域、
中間炉壁部をなす。溶鉄との 接触の可能性大きい。

部位■６０．上方側壁部を構成する壁部領域。上部炉壁
部の一部をなす。熱負荷は比 較的大きく、スラグ、溶鉄が大量に 飛来する。

部位■０６．天井部を構成する壁部領域、上部炉壁部の
一部をなす、熱負荷は比較的 小さい。

部位■６０．排滓口の周囲側壁部を構成する壁部領域、
これも同じ（上部炉壁部の一 部をなす、排滓室に近く築炉構造複 雑。

部位■００．排滓口の内壁部を構成する壁部領域。

きびしい吹錬下にはさらされないが、 築炉構造複雑で、過冷却すると排滓 困難。

炉内の鉄浴上にはスラグが形成されており、このスラグ
と炉内壁とが接触するスラグライン、つまり部位■及び
その上部の壁領域、つまり部位■が炉壁損傷の最も激し
い部位である。したがって、本発明によれば、少なくと
もこの領域に冷却ブロック１６を設ければよい。

なお、第１図は炉内壁の一部に冷却ブロックを耐火レン
ガに組込んで設けた例を示す。特に図示例では中間炉壁
部を構成する部位■に冷却ブロック１６を設けである０
部位■には全内周にわたって炉内壁に冷却ブロックが組
み込まれている。

別の実施態様においては、部位■には冷却ブロックの２
枚張りを行ってもよい。

第３図は円筒状の横型炉３０の略式縦断面図であり、横
型炉３０に本発明を通用した場合の実施例を示すもので
あり、図示例では強制冷却炉壁を構成する筒状の丸形天
井３１には冷却ブロック３２が全体に亘り張りつけられ
ている。その外側に耐火レンガ３３が設けられている０
本例にあってもこの天井に設けた冷却ブロック全体は耐
火レンガを使用することなく冷却ブロックだけで構成さ
れてもよい。

図中、符号３４．３５はそれぞれ鉄浴およびスラグを示
す。なお、図示例ではランスは示していない。

第４図および第５図は本発明において使用できる冷却ブ
ロックの一例をそれぞれ略式側面図で示すものであり、
第４図の場合は蛇行状冷却管４０を互いに密に接触させ
プレート状にしてなるチューブパネル４１を示すもので
あり、一方、第５図の場合は冷却管５０を鋳ぐるみして
なる冷却タイル５１である。

第６図は強制冷却炉壁を構成する炉壁全体を冷却ブロッ
クだけで構成した例を略式断面図で示すものである０図
示ガス化炉６０にあっては下部炉壁部６１を除いてすべ
ての炉壁が冷却ブロック６２によって構成されている。

ただし、図示例の場合、強制冷却炉壁は中間炉壁部、上
部炉壁部および排滓口の天井壁部に分割して設けられて
おり、それぞれが冷却ブロックで構成されている。

以下、本発明のガス化炉を使用して石炭のガス化を行っ
た実施例を説明する。

人施週 第１表に記載された冷却ブロックの組み合せからなる強
制冷却炉壁を有し、１４５０℃の鉄浴１０ｔを蓄えた第
２図に示す構造の鉄浴石炭ガス化炉に、２００　ｍｅｓ
ｈが７０％に微粉砕された石炭を２．５ｔ／時、ガス化
剤である酸素を１６０ＯＮｍ＋　１／時および水蒸気を
２００ｋｇ／時とともに非浸漬型多孔ランスを通じて鉄
浴上に吹き込み、造滓剤として生石灰を８０ｋｇ／石炭
−Ｌ添加し、連続１５０時間の石炭ガス化操業を行った
。

ガス化炉の運転中に、炉中央へ向いた冷却ブロック面上
にほぼ１０〜２０ｍｍ厚のスラグコート層が形成される
。このスラグコート層は熱絶縁体として働く。

冷却ブロックは使用後もほぼ健全であり、問題となるク
ランクの発生が見られなかった。

また、熱バランスの面では発生ガス温度の３００〜４０
０℃の低下はあったものの、操業トラブルを生ずるよう
な鉄浴の凝固、スラグの固化などは生じなかった。また
、冷却ブロックのみからなる強制冷却炉壁の炉の場合は
炉形状が少し変形したが、冷却ブロックを耐火レンガに
組み込んでなる炉の場合は炉形状が適切に保持されたた
め、排滓も良好であった。

この結果、耐火物壁に冷却ブロックが組み込まれた強制
冷却炉壁を有する炉が鉄浴式石炭ガス化炉として有効で
あることを確認した。

（発明の効果） 本発明に係る鉄浴ガス化炉によれば、長時間の連続操業
の石炭ガス化が可能となり、また熱負荷の変位による炉
の変形、クランク発生がないため長時間操業停止を必要
とせず、高稼働率で操炉できる。また、耐火物の損傷も
少ないため、耐火物のコスト負担も低減された。

また本発明に係る鉄浴ガス化炉によれば、炉体に起因す
る操業停止は、６ケ月〜１２ケ月に一度程度である。こ
れに対して、従来の耐火物のみを使用する炉では、１ケ
月に一度程度、耐火物損傷により操業停止して耐火物張
替をしなけらばならない。

さらに本発明に係る鉄浴ガス化炉によれば、冷却ブロッ
クまたは炉壁が分割可能なため、損傷した部分のみ取替
えればよいので効率的である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明に係るガス化炉の略式断
面説明図； 第３図は、本発明の別の実施例を示す同じく略式断面説
明図； 第４図および第５図は、本発明において使用できる冷却
ブロックの例であるチューブパネルおよび冷却タイルの
それぞれ略式側面図；および第６図は、本発明の別の実
施例の略式断面説明図である。 １０：ガス化炉　　　　　１１：鉄浴 １２：下部炉壁部　　　　１３７スラグ１４：中間炉壁
部　　　　１５ｉ上部炉壁部１６：冷却ブロック　　　
１７：排滓口出願人　　住友金属工業株式会社 代理人　　弁理士　広　瀬　童　−（ｆｌｈ１名）秦１
図 秦２凹 ４３凹 暴４図　　　　　４゛７

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄浴を用いて固体炭素質物質をガス化する鉄浴ガ
   ス化炉であって、冷却ブロックを備えた強制冷却炉壁を
   設けたことを特徴とする鉄浴ガス化炉。
2. （２）鉄浴を収容する下部炉壁部、該鉄浴とその上のス
   ラグとに主として接触する側壁を形成する中間炉壁部お
   よび該中間炉壁部と一体的に構成され、主として炉内雰
   囲気にさらされる炉側壁および天井壁を形成する上部炉
   壁部から構成され、前記鉄浴に固体炭素質物質を投入し
   てガス化するための鉄浴ガス化炉であって、前記中間炉
   壁部および／または上部炉壁部に冷却ブロックを備えた
   強制冷却炉壁を設けることを特徴とする、特許請求の範
   囲第１項記載の鉄浴ガス化炉。
3. （３）前記中間炉壁部に排滓口を設け、前記下部炉壁部
   および／または上部炉壁部および／または上記排滓口の
   天井壁部に冷却ブロックを備えた強制冷却炉壁を設ける
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第２項記載の鉄浴ガ
   ス化炉。
4. （４）前記強制冷却炉壁が冷却ブロックを耐火レンガ壁
   に組み込んでなるものであることを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の鉄浴ガ
   ス化炉。
5. （５）前記強制冷却炉壁が冷却ブロックのみから構成さ
   れるものであることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項ないし第３項のいずれかに記載の鉄浴ガス化炉。
6. （６）前記強制冷却炉壁が少なくとも前記中間炉壁部、
   上部炉壁部または排滓口の天井壁部として２個以上に分
   割可能であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項
   ないし第５項のいずれかに記載の鉄浴ガス化炉。
7. （７）前記冷却ブロックが２個以上に分割可能であるこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項または第５項の
   いずれかに記載の鉄浴ガス化炉。
8. （８）前記強制冷却炉壁が、２種以上の冷却ブロックの
   組み合せを備えてなり、炉壁の位置によって抜熱量が異
   なるように構成したことを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項ないし第７項のいずれかに記載の鉄浴ガス化炉。
9. （９）前記冷却ブロックが、蛇行状冷却管を互いに密に
   接触させてなるチューブパネルであることを特徴とする
   、特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記載
   の鉄浴ガス化炉。
10. （１０）前記冷却ブロックが、冷却管を金属で鋳くるみ
    してなる冷却タイルであることを特徴とする、特許請求
    の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記載の鉄浴ガス
    化炉。
11. （１１）前記冷却ブロックが、チューブパネルと冷却タ
    イルの組み合せから構成されることを特徴とする、特許
    請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれかに記載の鉄
    浴ガス化炉。
12. （１２）鋳ぐるみ金属が銅であることを特徴とする、特
    許請求の範囲第１０項または第１１項に記載の鉄浴ガス
    化炉。
13. （１３）鋳ぐるみ金属が鋳鉄であることを特徴とする、
    特許請求の範囲第１０項または第１１項に記載の鉄浴ガ
    ス化炉。