JPS62227994A

JPS62227994A - ２段式石炭ガス化炉

Info

Publication number: JPS62227994A
Application number: JP62054300A
Authority: JP
Inventors: マイケル・シー・タンカ
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1986-03-27
Filing date: 1987-03-11
Publication date: 1987-10-06
Also published as: JPH0240279B2; US4680035A

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】本発明は、石炭ガス化炉、殊にエントレンフ口−（ｅｎ
ｔｒａｉｎｅｄ　　Ｎｏｗ）型のスラッギング式ガス化
炉に関する。

従来のエントレンフロー型石炭ガス化炉として、米国特
許第４，３４３，６２７号明細書に記載されたものがあ
る。この従来例によれば、石炭ガス化炉は、その下方部
分の中に炭素質物質（再循環したチャーを含む）を供給
空気と一緒に噴射することにより、運転される。

そして、ガス化炉のこの下方部分での燃焼によりガス化
反応のための熱が得られ、この温度はガス化炉の底部に
あるスラグタップの開口を通して溶融灰又はスラグが流
出できるような温度に維持される。ガス化炉のこのよう
な部分は、一般に燃焼区域と称され、化学量論的状態近
くで運転されて、最大熱量と最大温度とを得、これによ
りスラグの取出しを促進するものである。

この燃焼区域で生じた燃焼生成物は、還元区域に上向き
に運ばれ、この還元区域で微粉炭を含む炭素質物質であ
る追加の燃料が加えられる。この追加燃料は、チャーと
称されている残りの炭素残留物と一緒に脱揮発化され、
還元区域の燃焼生成物と反応して、多量の一酸化炭素で
ある可燃性ガスを生成する。ガス化反応は、燃焼区域で
生成されろ燃焼生成物から熱を得る吸熱反応である。こ
のガス化処理は、約９３０℃（１７００″Ｆ）の温度に
達するまで続けられ、この温度到達時点では実用上の目
的のために、ガス化反応はかなり遅くされる。

そして、残留するチャー粒子は取出され、その後、燃焼
区域又は還元区域のどちらか一方に再循環される。

しかして、燃焼区域においては、固体の炭素粒子の燃焼
を促進し、かつスラブを可能な限り流動化して自由に流
れるのを維持するために、最大の温度を得ることが所望
される。

しかし、燃焼区域から還元区域への熱が放散すると、燃
焼区域の温度が下げられてしまう。

このため、従来、ガス化炉の燃焼区域と還元区域との間
の壁部分を内向きに曲げて、ガス化炉の総ガス流れ面積
の５０％程度の大きさを有するかなり快い開口を形成す
ることが知られている。このような構成では、しかし、
ガス化炉の壁を形成する多数の管の曲げ及び間隔取りが
必要となって、製作が面倒となり、高価となる問題があ
る。しかも、この管間隅取りは管の長さ方向に沿って変
化するので、非常に細かくなる開運もある。

また、従来、ガス化炉内の仮想円に対して燃料を接線方
向に向けて噴射し、その遠心作用によって、ガス化炉内
に低圧の火炎コアを形成させることが知られている。そ
して、この火炎コアの存在によって、ガスは還元区域か
ら燃焼区域に引き戻される傾向となる。このような方法
では、しかし、燃焼区域に好ましからざる冷却をきたす
ばかりか、所望される最終生成物すなわち可燃性ガスを
も引き込んでしまい、これらのガスが燃焼区域で燃焼さ
せようとしている炭素質物質よりもむしろ先に燃焼して
しまうという問題がある。

一方、還元区域内で形成されたスラグは、炉壁に沿って
流下し、それから還元区域と燃焼区域との間の炉中央に
配置している開口を経てスラグタップの開口に非常に接
近した位置に落下する。これは、還元区域の温度が低い
ので、スラグが相当冷えて自由に流動できないことによ
る。したがって、このようなスラグがスラグタップの開
口縁の近傍へ落下すると、このスラグタップ開口の閉塞
を助長する問題が生じる。

以上述べた説明から明らかなように。２段式ガス化炉と
しては、次のようなものが所望されるものである。

第１に、燃焼区域と還元区域との間の放熱が最小である
こと。

第２に、ガスが還元区域から燃焼区域へ引き戻されるこ
とがないこと。

第３に、還元区域から落下したスラグが燃焼区域内の外
側位置すなわち中央部から遠く離れている位置に落ち、
これによりスラグをスラグタップ／ＩＮ　ｎｎ　口Ａ本
１１　’、！　−Ｊ−２治１−　Ｊ−Ｌ＼シー１１１［
プ白山ｒ−；ｔ＝　Ｊ−１得るようにさせること。

発明の概要本発明は、したがって、このような所望をすべてかねそ
なえた２段式石炭ガス化炉を提供しようとするものであ
る。

本発明による２段式石炭ガス化炉は、垂直に延びてガス
が上向きに流れるとともに、上端の方にガスを排出する
ための開口を有するガス化炉室を包含する。このガス化
炉室の壁を形成する多数の管は、ガス化炉室の下端中央
位置にスラグタップの開口を形成する。ガス化炉室の下
方部分は燃焼区域であり、この燃焼区域では、燃料噴射
手段（ノズル）が炭素質物質（石炭）を好適にはガス化
炉室内の仮想円に対して接線方向に向けて燃焼用供給空
気と一緒に噴射させて、熱源を得る。一方、ガス化炉室
の上方部分は還元区域であり、この還元区域では追加の
燃料が投入されて、ガス化される。そして、これらの燃
焼区域と還元区域との間の中央にはバッフルが配置され
ている。このバッフルは、スラグタップの開口よりも大
きい大きさを有し、バッフルのまわりから落下するスラ
グがスラグタップの開口から遠く離れた所へ落ちるよう
に配置されている。

この中央に配置したバッフルは、燃焼区域から還元区域
への放熱損失を最小にし、またこれらの燃焼区域と還元
区域との間のガス化炉室の中央部分を遮断して、ガスが
還元区域から燃焼区域側へ引き戻されないようにし、更
に還元区域から落ちて燃焼区域に入るスラグをスラグタ
ップの開口から遠く離れた位置に強制的に落とし、これ
によりスラグがスラグタップの開口を通過する而にスラ
グを十分に加熱することができるようにしている。

好適な実施例の説明以下図面を参照して本発明の好適な実施例について詳述
する。

第１図において、２段式石炭ガス化炉ＩＯは円形横断面
のガス化炉室１２を有し、このガス化炉室はバッフル１
４によって、燃焼区域１６と還元区域１８とに分割され
ている。燃焼区域１６は実質的に円筒体であり、この円
筒体を多数の垂直蒸発管２０によって限定している。こ
れらの垂直蒸発管にはヘッダ２２から水が供給され、蒸
発管の管内を水が上昇し気水混合体とされてヘッダ２４
にて送り出された後、さらに、気水混合体かこのヘッダ
から蒸気の貯留及び水の再循環を計るための気水ドラム
（図示せず）に供給される。

一方、炭素質物質を主体にした燃料は、再循環したチャ
ーまたは微粉炭からなり、この燃料は燃焼区域Ｉ６内の
仮想円に対して接線方向に向けて配置されている燃料噴
射ノズル２６から燃焼区域１６内へ投入される。また、
燃焼用空気は風箱２８を通して供給されろ。この空気は
多くの場合燃焼酸化性物質として使用されているが、酸
素を十分に含有ずろ空気又は純酸素ら使用することがで
きろ。燃焼区域１６は、はぼ化学量論的状態で運転され
、この状態では、燃焼区域１６内に供給される空気の量
は、理論上の完全燃焼に必要な空気量に近いしのとされ
ている。この結果、燃焼区域１６内における燃焼温度は
最高の状態にある。

このような燃焼にて生じた燃焼ガスは、バッフル１４の
周囲に設けられている空間３０を上向きに通過して、還
元区域１８に流れる。そして、この還元区域の下端部に
おいて、微粉炭を含む炭素質物質を主体にする追加の燃
料が燃料噴射ノズル３２から噴射される。この石炭燃料
は吸熱反応にさらされている間に脱揮発化されて、ガス
化され、これにより可燃性ガスが生成される。この生成
ガスは、上向きに通過し、それから約９３０℃（１７０
０°Ｆ）の温度で開口３４を通して流出ずろ。石炭に含
まれる天分が燃焼区域１６内で熱せられて、溶融スラグ
が形成され、この溶融スラグは、燃焼区域１６の壁の内
表面３６上にかなり堆積する。そして、燃焼区域１６は
約■６５０°Ｃ（３０００°Ｆ）の設定温度で運転され
ているため、スラグはかなり流動状となり、その結果、
この流動状スラグが壁面から底部に流れ落して、底部に
設けられているスラグタップの開口３８を通して、水製
りホブバ４０の中に投入される。

このスラグは、低温下では粘着性を帯びるようになり、
このままの状態ではスラグがスラグタップ／７’′１１
！ｉｔ、ｌ　ｎ　ｆｆ只ｌ−イ；１苫１ア　；ｋ　ｍ　
１．−ス丹ゲ々、１．ブの１ｔ１０３８周辺を塞いでし
まうので、常に高温度に維持されている。

燃焼区域１６において生じた天分の一部分は還元区域１
８の中に運び上げられ、さらに、この天分には噴射ノズ
ル３２から噴射された燃料の燃焼により生じた天分が追
加されて増加する。少しのスラグがバッフル１４の頂部
に落ちている間に、大部分のスラグは、壁を形成する多
数の管２０の内表面４２に堆積する。そのときのスラグ
は、より粘着性を帯びているが、しかし、燃焼区域１６
の中へ壁を伝わって徐々に流れ落ちていく。ときには、
スラグは、壁に堆積し、凝固して大きな塊となり、その
後すぐに落下していくこともある。

還元区域１８で生じてガス化炉１２の中央部を落下ずろ
スラグは、炉中央に配置されているバッフル１４によっ
て、外側方向へ流れ落ちていき、それから床板４４の外
側方向すなわちスラグタップの開口３８から遠く離れて
いる側の部分に落下する。従って、このスラグは、加熱
されて温度が高められる十分な機会が与えられて、粘度
が低下するので、スラグタップの開口３８を自由に通過
していく。

燃焼区域１６及び還元区域１８の燃料噴射ノズル２６及
び３２の両方とも、混合を促進するために、ガス化炉１
２内の仮想円に対して接線方向に向けられて、火炎を形
成するようにされている。バッフル１４は、ガスが還元
区域１８から燃焼区域１６の中に引き込まれそうになる
傾向のある、前記仮想円上で形成された火炎の中央部の
コアを遮断する。

そしてまた、このバッフル１４は、燃焼区域１６から還
元区域１８への放熱を遮断する働きもなし、これにより
燃焼区域１６の温度を最大にする。

第２図に示すように、バッフル１４は、ガス化室１２内
でハンガー管４６によって支持され、かつ４本の遮へい
兼支持管４８によって補強されている。複数の管から構
成されるバッフル１４は、好適には、その底部側面が耐
火層５０で、またその上部側面が例えば炭化硅素等の耐
火層５２でそれぞれ被覆されている。さらに、バッフル
１４の頂部における耐火層５２は、図示するような形状
に作られて、ガスの流れパターンを改善し、バッフル１
４への粒状物質の付着も最小限とするようにしている。

このように、バッフルを耐火物で被覆してら良いのは、
このバッフルは熱を吸収することではなくて、単にガス
を遮断するものであり、高温環境下で働かなくてはなら
ないために、単に水冷が要求されるだけであることによ
る。

このバッフルのための水冷は、第３及び４図に示されて
いるように、ヘッダ５４（第２図参照）から供給された
水を入口管５６を通してパンケーキコイル５８の中へ流
れて通過することによって得られる。

このパンケーキコイルを通過した水は、その後、支持管
４６を通して上向きに流れ、上部ヘッダ６０（第１図参
照）へ入る。このような冷却水は、その流れの途中にお
いてガスにより加熱されて形成された蒸気を含むもので
あり、従って、この水・蒸気混合体は上部ヘッダ６０か
ら蒸気ドラム（図示せず）に導かれて、蒸気が分離され
る。そして、この蒸気を分離された水が再びヘッダ５４
に戻される。

この場合、水の流れる路を前述したように連続的な上向
きの通路とすることにより、水の流れ中に蒸気が生じる
可能性を減少することができる。

第５及び６図は四角形の横断面を有するガス化炉７０に
使用されるバッフル１４の例を示す。バッフル１４は、
この四角形横断面のガス化炉７０内に配置される。バッ
フル１４のための冷却水は入口ヘッダ７２から導入され
、サーペンタインコイル７４を通過して出口ヘッダ７６
へ流れる。また、このバッフルは、その上部表面が耐火
層７８でまたその下部表面が耐火層８０でそれぞれ覆わ
れている。そして、バッフル１４は第６図に示すように
山形の形状につくられ、また第５図に示すようにその外
周まわりにガスの通過空間８２が限定される。

一例として、ガス化炉の出口における上向きのガス流れ
は、ガス温度が約９３０℃（１７００°Ｆ）で６〜９ｍ
／５ｅａ（２０〜３０ｆｔ／５ｅｃ）の割合で流れる。

そして、このガス化炉のガス流れ面積の半分をバッフル
によって覆うことによって、前述した空間を通過する際
のガス速度は約３０〜４６ｍ／ｓｅｃ　（１００〜１５
０「ｓ／５ｅｃ）となる。この速度の値は、ガスの温度
が約１６５０’（’ＭＦＯＯＯ６Ｆ）の）−Ａには−、
ヒ（ワかなり高いものとなる。また、バッフルは、燃焼
区域からの放熱を遮断するために、ガス化炉のガス流れ
面積のできるだけ多くの部分を覆うようにすることが所
望されるものである。しかし、バッフルが覆え得る面積
は、高速度のガスによる二ローション作用によって制限
され、従って、実際上はガス化炉のガス流れ面積の約５
０％がバッフルにより遮断される量である。

それから、バッフルの大きさはスラグタップの開口の大
きさよりも大きくされるとともに、このバッフルはスラ
グタップの開口の投影面積の直上に配置される。したが
って、バッフルはスラグタップの開口の真上でこのスラ
グタップの開口を実質的に越えて横に延びることになる
。これによって、バッフルの縁からしたたり落ちるスラ
グは、スラグタップの開口に流入する前に、スラグタッ
プから遠く離れた位置に流れ落ちて加熱され、その温度
が高められて粘度が低くなり、これにより、スラグタッ
プの開口が閉塞される可能性を最小にしている。

以上述べたように、本発明によるガス化炉によれば、還
元区域内の低温のガスが燃焼区域内に入って逆混合する
可能性が除去され、また放熱による燃焼区域の冷却を除
去するような遮へい構成が提供され、更にガス化炉の運
転中におけるスラグタップの開口の区域でのスラグの流
動化の維持を促進することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による２段式石炭ガス化′炉の一爪例を→ず概略側面図、第２図はこのガス化炉の内部中央
に配置されているバッフルの取付状態を示す側面図、第
３図はこのバッフルの概略平面図、第４図は同じくこの
バッフルの縦断面図、第５図は４角形横断面のガス化炉
に使用されるパブフルの一例を示す概略平面図、第６図
はこのバッフルの概略縦断面図である。ｌＯ・・２段式石炭ガス化炉、１２．７０・・ガス化炉
室、１４・・バッフル、１６・・燃焼区域、Ｉ８・・還
元区域、２０・・多数の垂直に延びる管、２６．３２燃
料噴射手段（ノズル）、３８・・スラグタップの開口。

Claims

【特許請求の範囲】

垂直に延びてガスが上向きに流れるとともに、上端の方
にガスを排出するための開口を有するガス化炉室と、こ
のガス化炉室の壁を形成するととらに、ガス化炉室の下
端中央位置にスラグタップの開口を形成する多数の垂直
に延びる管と、前記ガス化炉室の低い高さ位置で炭素質
物質を噴射する燃焼用燃料噴射手段と、前記ガス化炉室
の高い高さ位置で炭素質物質を噴射する還元用燃料噴射
手段と、これら燃焼用及び還元用の燃料噴射手段間の高
さ位置で前記ガス化炉室の内部中央に配置され、ガス化
炉室の上方部分に還元区域をまたガス化炉室の下方部分
に燃焼区域を限定するバッフルとを包含し、前記還元区
域内で形成されるスラグが、前記ガス化炉室の下端中央
位置にある前記スラグタップの開口へ流れる前に、前記
ガス化炉室の外側位置で前記バッフルを通過して流れる
ようにしてなる２段式石炭ガス化炉。