JPS62236891A - 石炭ガス化炉の石炭ガス化方法 - 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〕 本発明は石炭のガス化プラントに関し、さらに詳しく言
えば石炭又はその他の炭化水素類をガス化剤と共に石炭
ガス化炉に供給し高温、高圧下で反応させ可燃性ガスを
得ると共に、ガス化炉底部で石炭中の灰分を溶融させ（
この溶融灰を以後スラグと呼ぶ）、さらに下部に位置す
る急冷室にスラグを滴下させるためのスラグ滴下器を配
した石炭ガス化炉のガス化方法及びその装置に関する。

〔発明の背景〕

石炭は、豊富な埋蔵量を持つ有用なエネルギー源である
が、固体であり且つ灰分を多く含有しているため、石油
や天然ガスに比べてその利用分野が限定されている。し
かし、この石炭をガスや液に転換すれば、利用分野が大
幅に広がり有益なエネルギー源・になり得るため、各国
で石炭を流体化する技術を開発している。

このような情勢下で、特に石炭ガス化複合発電システム
が、次世代の発電方法として注目されている。石炭ガス
化複合発電システムとは、石炭ガス化炉で高温の可燃性
ガスを生成させ、生成ガスの顕熱を熱回収してスチーム
を作りスチームタービンを駆動させ、これと同時にガス
化した可燃性ガスでガスタービンを駆動させるものであ
る。このシステムでは、従来のスチームタービンだけの
場合に比べ発電効率を数％向上させることができる。石
炭ガス化炉は、この石炭ガス化複合発電システムの主要
な要素機器であり、各社で研究開発が行われている。

石炭ガス化では、固定層、流動層、噴流層等の形式によ
り高効率でガスに転換することが試みられている。各形
式による課題は石炭中の灰をガス化する際、いかに効率
的に生成ガスと分離し、無公害物としてガス化炉から分
離するかである。

無公害物として石炭中の灰を取り出す方法として、灰を
溶融させ灰の表面を灰自身の持つ成分で被い、ガラス質
化する。このような灰の処理方法は石炭灰中に含まれる
有害金属を封じ込めることができる。例えば、この石炭
灰を埋め立てに用いた場合、水分等により有害金属が流
れ出さないので、環境衛生上、有効な灰の処理方法であ
る。また従来、微粉炭火力ボイラーで排出させた灰分で
あるフライアッシュと比較して、比重を数倍にできるの
で灰の容積を飛躍的に小さくでき、取り扱いに大きな利
点を持った処理方法である。そのため前記の固定層、噴
流層等のガス化炉においても石炭灰を溶融させたスラグ
を炉底部のスラグタップに蓄え、更に下部のスラグ冷却
室に滴下させる構造を採用している。

このスラグタップからスラグ冷却室ヘスラグを安定に滴
下できなかった場合、様々なトラブルを引き起こしてし
まう。例えば、定常的にスラグを滴下できなかった場合
、石炭中灰分がガス化炉後流に大量に飛散する。後流に
設置したサイクロンやバグフィルタ−等の集ｍ装置では
、設計値以上のダストの侵入により、差圧過多、閉塞等
のトラブルが発生し、最悪の場合管路の閉塞によりガス
化炉を緊急停止せざるを得なくなる。

また、スラグタップが閉塞すると、炉底部にスラグが溜
り、それでも運転を続けると下段バーナの出口を塞ぎ炉
の運転を中止せざるを得なくなる。

再度運転を開始するためには、炉を解体し炉底部の補修
、スラグタップの交換を行なわねばならず最悪の場合、
炉を再起不能にしてしまう。

一般に石炭は産出場所により含有する灰分割合、灰中の
組成が異なるので、灰の溶融温度も様々でル あり、低い温度では１２００℃程点で溶融する灰もあれ
ば１６００℃以上でも溶けない灰もある。

従って、様々な灰分組成が異なる炭種の石炭を用いても
溶融スラグの安定滴下が可能な炉を開発することが石炭
ガス化にとって重要な課題の一つである。

スラグタップに関しては、例えば特開昭５５−５４３９
５号公報、特開昭５４−５８７０３号公報に記載がある
。前者はスラグ滴下部の構造と材質に関するもので、後
者は滴下部を加熱するためのバーナ構造に関するもので
ある。これら技術の目的とするところは、スラグを安定
に滴下するためのもので、前者は灰の融点の低い石炭で
用いる方法であるが、高い融点を持つ灰の滴下には難点
がある。後者は加熱バーナを持つため高融点の灰に対し
ても有効である。しかし、滴下部に設けた加熱器の空気
リングとガスリングが２段になり、長期使用では熱的な
歪を受は火炎がスラグを滴下させるに良好な位置からず
れる。また、ガス流とスラグの滴下方向が反対なので良
好な滴下は得られにくい。また。

特開昭５７−７６５ｏ６号公報では、加熱部を一つの炉
と考え多段のガス化炉を構成し、スラグタップ下部の炉
では比較的灰分の少ない重質油を用いて加熱を行なって
いる。

これらの難点は補助的加熱手段としてバーナを用いた点
にある。確かにスラグを良好に滴下させるためには、そ
の融点以上の温度にスラグ滴下器の温度を維持する必要
があり、このためには、熱効率が良い補助的加熱手段と
して、バーナを用いることが最も適している。

しかし、スラグタップ下部を加熱するには補助的燃料と
して、灰分を含まない高価なりリーン燃料を用いねばな
らないため経済的に不利である。

この欠点を補うため従来様々な検討が成されてきた。そ
れらの提案は主に燃料に関するものであった。例えば、
補助燃料として、生成ガスを用いることが提案された。

もともと、石炭ガス化炉では可燃性ガスを生成するので
、他に何ら燃料を必要とせず有効である。しかし、生成
ガスをリサイクルする際に加圧してガス化炉へ供給せね
ばならず装置は複雑となる。更に、高温のガスを冷却し
て精製し使用するので熱損失が大きい。また、石炭自体
を補助燃料として用いる例が特開昭５１−７６３０２号
公報で提案されている。しかし石炭を燃焼させた際に生
じる溶融灰がスラグタップの下部に付着し運転上問題と
なる。

何れにしろ、バーナを設置した場合には、それに付随し
た燃料供給装置や制御装置等が必要となり極めて複雑な
システムになる。また、最近のガス化炉は、高効率化や
大容量化を目的に高圧化が進められているが、高圧下に
おいていは、バーナの着火や制御に技術的な多くの問題
点がある。高圧下で用いるバーナは開発途上であり信頼
性のある技術の確立は今だなされていない。

スラグタップに要求される究極的な姿は、炉内一身の熱
でスラグタップを加熱することである。こ：゛（５ノ ンのような観点に立って提案されたものは大きく分けて
２通りある。一つは炉内の高温な生成ガスをスラグタッ
プ内に通過させて、スラグタップを加熱する所謂ダウン
ブローと呼ばれるものである。

もう一方はガス化炉内の熱を伝熱によりスラグタップに
伝るものである。

炉内の高温な生成ガスをスラグタップ内に通過させて、
スラグタップを加熱するものとしては既にその効果を兼
ね備えている代表的な例としてテキサコ型の炉がある。

テキサコ型の炉とは、ガス化炉底部に配置したスラグタ
ップから直接生成ガスを抜き出すものである。従って、
スラグタップの閉塞は起りにくい。しかし、ガス流れを
下向きにすると、石炭粒子とガス化剤の相対速度が少な
くなり、ガス化効率を低下させてしまう。更に、本来ス
ラグタップでは溶融スラグを生成ガスから分離しスラグ
だけを抜き出すことが望ましいが、生成ガスの全量をス
ラグタップから抜き出すためにスラグがガスに同伴され
スラグ分離効率が悪くツブから抜き出す例として特開昭
５９−２３２１７３号公報がある。しかし高温のガスを
流す管の材質に問題がある。また、オリフィスとしての
吸引効果を十分に行なわせるためには、炉出口の速度を
１００ｍ／ｓ以上にする必要があり、炉出口部の材料の
摩耗が懸念される。

〔発明の目的〕

本発明は係るスラグタップに関し、あらゆる炭種の石炭
をあらゆる負荷量でガス化するに際し、余熱のための付
加的な加熱手段を何ら用いることなく、スラグを良好に
滴下させることを目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明の概略及び基本となる原理を以下に説明する。ス
ラグを滴下させる際に溶融状態を保つためには、その滴
下させる雰囲気をスラグ溶融に十分な温度、更に詳しく
言えば石炭中灰分の溶融点以上の温度にせねばならない
。従って、既に石炭中の灰分を溶融させスラグ状にした
炉内の雰囲気ガスを、スラグと共に炉内より持ち出し、
スラグの滴下が終了するまで共存させることが理想であ
る。すなわち、炉内の高温ガスの１部分をスラグ滴下の
ために持ち出し、速やかに炉内に戻してやることが理想
的なスラグタップの温度維持方法である。

このような課題に答えるべく本発明は生まれた。

スラグタップからスラグと共に炉内ガスを持ち出しガス
だけは炉内にスラグタップより戻す、この基本原理を次
に述べる。

鉛直方向に軸を持つ円筒あるいはそれに類する容器へ１
石炭及び酸化剤を噴震し、軸を中心とす（１１）　’ る旋回流を形成させる９一般に強い旋回流では、周方向
速度が半径方向、軸方向速度に比べて十分に速く、この
ような場合容器内半径方向のガス圧力分布は次式により
表現される。

ｄＰ　　ＶＯ２ 旋回流では流体に加わる遠心力と圧力がバランスするた
め、中心付近に負圧が形成され、壁との間に大きな圧力
差を生じる。この圧力差を用いて、炉内の高温ガスをス
ラグタップに通過させる。

上記容器の下方にはスラグ冷却室を設け、該旋回流によ
り容器底部に生じた水平方向に圧力の異なる部分をスラ
グ冷却室と連通させる。すなわち圧力の低い部分とは寝
台の軸と炉底部が交差した地点で、ここをスラグ冷却室
と連通させガス戻り孔とする。また、圧力の高い部分と
はガス戻り孔より容器の壁側の地点で、ここをスラグ冷
却室と連通させスラグ流下孔とする。スラグ冷却室は旋
回流の存在しない領域なので、容器内の圧力の高い部分
よりは圧力が低く容器内の圧力の低い部分よりは圧力が
高い。そして、連通部では圧力の高い部分より圧力の低
い部分へガスの流れが生じる。

すなわち、旋回流の生じさせた圧力の高い部分から旋回
流の存在しない領域へガスが流れ、更にこのガスは旋回
流の存在しない領域から、旋回流の生じさせた圧力の低
い中心部分へ流れる。この原理を用いて、ガス化炉内の
ガスを用いて、スラグタップを加熱する。

〔発明の実施例〕

次に、第３図を用いて本発明の基本原理の詳細をまず説
明する。第３図（ａ）は、ガス化炉内の周方向速度Ｖθ
の分布を、第３図（ｂ）は、ガス化炉内の圧力Ｐの分布
を、第３図（Ｑ）は、本発明のスラグタップ部分断面の
略図を示す。

旋回流中では、第３図（ａ）に示すように、特定の半径
位置では周方向速度分布を極大値を示す。

この速度分布は一般的な渦訊典型的な流れであり、強制
渦と自由渦が合成されたものである。旋回流の中心付近
では強制渦の領域で、半径と速度が比例関係にあり、半
径の増大に連れ速度が増大する。

一方、旋回流の中心に対して外側は自由渦の領域で、半
径と速度が反比例関係にあり、半径の増大に連れ速度が
減少する。従って、第３図（ａ）に示すように、特定の
半径位置で極大値となる速度分布を示す。

４　次に、このような周方向速度分布における半径″分
向の圧力分布を第３図（ｂ）に示す。周方向速度により
生じる遠心力とバランスするため、中心に対して外側の
圧力が高くなる。従って第３図（ｂ）に示すように、中
心部で下に凸になる圧力分布となる。

このような半径方向の圧力分布を形成させるには、炉周
壁に対して接線方向に設けた石炭バーナ１−から微粉砕
した石炭５と酸化剤を噴出し、炉の下方には第３図（Ｑ
）に示すスラグタップ３を設置する。このスラグタップ
３には、旋回の外側にスラグ流下孔７を旋回の中心にガ
ス戻り孔４を設ける。また、本説明においては、旋回流
の中心部のガス戻り孔４には堰あるいは傾斜２を設け、
スラグ６が滴下しない構造を用いる。スラグタップ３よ
り下部では旋回流を形成させないため半径方向で一様な
圧力分布を示す。スラグタップ３上部と下部の圧力を比
較すると、旋回中心部のガス戻り孔４では上部の圧力が
下部より低くなる。また、旋回の中心より外側のスラグ
流下孔７では上部の圧力が下部より高くなる。このため
、旋回流の中心のガス戻り孔４では下部より−Ｌ部へ、
旋回流の外側のスラグ流下孔７では上部より下部へガス
が流れる。しかして炉内の高温ガスは、スラグ流下孔７
からスラグタップ３下部に出た後、ガス流れ８となって
ガス戻り孔４より再度炉内へ戻る。

炉内のガスはスラグ６を溶融させるのに十分高温である
。従って、スラグ流下孔７から炉外に出るガスも炉内と
同様に高温である。このガスがスラグ流下孔７を通過す
る際に、ガスの持つ熱が対流あるいは放射によりスラグ
流下孔７へ伝達し、スラグ流下孔７をスラグを溶融させ
るのに十分高温に維持する。

一方石炭中の灰分け、炉内の熱で溶融してスラグとなり
ガスの旋回流に同伴されることより遠心１↑ 力を受収炉壁に移動する。炉壁は既に溶融したスラグ６
により濡れた状態になっている。スラグ６は、炉壁に付
着し、ある一定量に達すると重力により炉壁を伝わって
スラグタップ３へ移動しスラグ流下孔７より滴下する。

スラグ６は、重力により滴下するが、ガス流れはガス戻
り孔４に向かう。スラグ６はガスの急激な流れの方向変
換に追随できずガス流れと分離してスラグ冷却室へ滴下
する。

以上により補助的加熱手段を何ら用いることなく、ガス
化炉内に高温ガスを循環させることによりスラグタップ
３のスラグ流下孔７をスラグ溶融温度以上に加熱するこ
とができ、スラグ６を安定に流下させることができる。

更に、本発明の実施例１を第１図、第２図及び第４図に
より説明する。

第４図は、本発明の実施例１のガス化装置の概略を示す
。全体は石炭供給部、ガス化炉、及びりサイクル装置よ
り構成される。

石炭供給部は、微粉砕された石炭１６の加圧ホッパ２３
とその直下に開孔接続した供給ホッパ２４１．供給ホッ
パ２３の下部に設置したロータリライダ３３．エダクタ
３２より構成される。これらはバルブ１０１，１０２，
１０３により圧力が調整される。またエダクタ３２には
搬送ガス１７を供給する配管が施されている。

石炭ガス化炉１２には下段石炭バーナ１、上段石炭バー
ナ５２、チャバーナ５１を設置し、これら各バーナには
酸素あるいは空気などのガス化剤１８も同時に供給され
る。ガス化剤１８の流量はバルブ１０４乃至１０６で調
節される。石炭ガス化炉１２下部にはスラグ冷却用水の
循環装置を。

石炭ガス化炉１２上部の出口にはリサイクル装置を接続
する。

スラグ冷却用水の循環装置として石炭ガス化炉１２へ水
を循環させるため、水溜４２が設けられ、水溜４２には
冷却水が溜められる。そして水溜４２の冷却水はポンプ
４１、バルブ１１１を介しく１７） て石炭ガス化炉１２の水槽に送られる。更に、石炭ガス
化炉１２から排出されたスラグを常圧の系外に抜き出す
ためスラグ排出用ホッパ２８を設置し、廃棄スラグ２０
として排出される。

リサイクル装置は、石炭ガス化炉１２の後流に設置した
サイクロン３１、捕集したチャーを一時的に蓄えるサイ
クロンホッパ２５、直下に設置してチャー加圧ホッパ２
６とチャー供給ホッ埴２７、チャー供給ホッパ２７の下
部に設置したチャーロータリフイダ３５、チャーエダク
タ３４より構成される。これらはバルブ１．０７，１．
０８，１０９゜１１０により圧力が調整される。またチ
ャーエダクタ３４には搬送ガス１７を供給する配管が施
されている。エダクタ３５の出口にはチャー用のバーナ
５１が接続される。尚１９はサイクロン３１でチャーを
分離した生盛ガスである６ 石炭ガス化炉１２内部の詳細を第１−図及び第２図によ
り説明する。第１図は石炭ガス化炉の縦断面図を表し第
１図のＡ−Ａ’断面図を第２図に示す。ガス化室１０の
周囲は耐火材１１で囲わ懸、更に断熱材１５で保温され
る。スラグタップ３の下部は低温なので低温用耐火材１
３で覆われる。

またスラグタップ３の下部には水槽９が設けられている
。第２図に示すようにスラグタップ３は中央にガス戻り
孔４及びその周囲に複数のスラグ流下孔７が設けられて
いる。

ガス戻り孔４の上面はスラグ流下孔７の上面に比べて高
くスラグが滴下しない構造に構成している。また、石炭
バーナ１は炉の接線方向に向けて設置されている。

次に本発明の動作を第４図により説明する。適当な粒径
に粉砕された石炭１６は、加圧ホッパ２３に供給され、
石炭ガス化炉１２よりも高い圧力にバルブ１０１より供
給される搬送ガス１７で加圧され、バルブ１０２により
既に加圧されている供給ホッパ２４に送られる。石炭１
６はロータリーフィーダ３３で計量され、エダクタ３２
内で、バルブ１０３により流量が制御された搬送ガス１
７と混合され、上段石炭バーナ５２、下段石炭バーナ１
へ送られる。バルブ１０４，１０５で流量が調節された
ガス化剤１８と石炭１６は、上段石炭バーナ５２、下段
石炭バーナ１からガス化炉１２内へ噴出される。

炉内に供給された石炭１６は、ガス化剤１８の酸素（あ
るいは空気）と接触反応して高温の熱と可燃性のガスを
生成する。特に炉の接線方向に上段石炭バーナ５２、下
段石炭バーナ１を設置したことで、炉内に強いガスの旋
回流を形成するので、石炭１−６とガス化剤１８は良く
混合し反応が促進される。

石炭１６中に含まれる灰分は高温の雰囲気と、石炭１６
自身の燃焼により発生した熱で溶融しスラグになる。炉
内の旋回流により、スラグは遠心力を受け、炉壁に付着
し、炉壁を伝って炉底部のスラグタップ３に到達する。

更に、ガス化炉１２内の動作を第１図により説明する。

旋回流中では周方向速度により生じる遠心力とバランス
するため中／ｂに対して外側の圧力が高くなり、中心部
で下に凸になる圧力分布を示すことは既に述べた６スラ
グタツプ３より下部では、旋回流を形成させないため半
径方向で一様な圧力分布を示す。スラグデツプ３上部と
下部の圧力を比較すると旋回の中心部では上部の圧力が
下部より低くなる。また、旋回の中心より外側では上部
の圧力が下部より高くなる。このため、旋回流の中心に
あるガス戻り孔４では下部より上部へ、旋回流の外側に
あるスラブ流下孔７では上部より下部へガスが流れる。

しかしてガス化室１０内の高温ガスは、スラグ流下孔７
からスラグタップ３を通過してスラグタップ３の下部に
移動した後、ガス戻り孔４より再度ガス化室１０内へ戻
る。ガス化室１０内のガスはスラグを溶融させるのに十
分高温である。従って、スラグ流下孔７からガス化室１
０外に出るガスもガス化室１０内と同様に高温である。

この高温ガスの持つ熱は、スラグ流下孔７を通過する際
に放射あるいは対流によりスラグ流下孔７に伝達され、
スラブ流下孔７の上面及び下面をスラグを溶融させるの
に十分な高温に維持される。

炉壁を伝わって流下してきたスラグは、スラグ流下孔７
のガスの通過によってスラグ滴下に対して十分高温に維
持され、スラグ流下孔７を滑らかに通過する。滴下する
スラグは、重力により落下するので、ガス流れと分離し
炉下部の水＃Ｉ９に滴下する。スラグ流下のために用い
た高温の炉内ガスはガス戻り孔４により再度炉内に戻さ
れる。

以上により補助的加熱手段を□何ら用いることなく、ス
ラグタップ３のスラグ流下孔７をスラグ溶融温度以上の
高温に加熱することができ、スラグを安定に流下させる
ことができる。

次にスラグ冷却用水の循環装置校動作を第４図により説
明する。水槽９内には、ポンプ４１で常に冷却水が供給
され、水槽９内の温度が水の蒸発温度以下に維持すべく
バルブ１１１によりコントロールされる。また、高温と
なった戻り水２２は、冷却されて再度循環水槽４２に戻
すか、そのままユテイリテイーとして用いられる。

スラグは１０００℃以上の高温であり、１００℃以下の
水槽９内に滴下すると、急冷される。スラグには急冷に
より生じた密度差で亀裂が生じて粉々に砕け、水砕スラ
グになる。水槽９内に保持された水砕スラグは、バルブ
操作によりスラグホッパ２８に溜めて減圧され廃棄スラ
グ２０として排出される。

次にリサイクル装置の動作を第４図で説明する。

石炭ガス化炉１２で生成した中のチャーは、サイクロン
３１で捕集され、直下に設置したサイクロンホッパ２５
に保持されチャー加圧ホッパ２６とチャー供給ホッパ２
７を経て、チャーロータリフィーダ３３に送られる。サ
イクロンホッパ２５、チャー加圧ホッパ２６、チャー供
給ホッパ２７はバルブ１０７．ｉｏｓ、１０９により調
整して供給される搬送ガス１７でサイクロンホッパ２５
はサイクロン３１と同圧に、チャー加圧ホッパ２６、チ
ャー供給ホッパ２７はガス化炉１２よりも若干高い圧力
に維持される。チャーロータリフィーダ３５で定量化さ
れたチャーは、チャーエダクタ３４より搬送ガス１７と
混合されチャーバーナ５１からガス化剤１８と共に石炭
ガス化炉１２に送られ再度ガス化される。

スラグ流下に適正なガス循環量は、計算により求められ
る。

炉内の周方向ガス速度分布は、昭和５６年７月に株式会
社山海堂（小川明著）より発行された「渦学」の９６頁
から次式が仮定される。

ａ”＋ｒ” ここで、ｒは半径（ｍ）、Ｖａは周方向速度（ｍ／ｓ）
、ａは旋回半径（ｍ）　、Ｖａは旋回半径における周方
向速度（ｍ／ｓ）を表す。

石炭バーナの噴出速度とガス周方向速度分布の関係は、
角運動量から求めることができる。炉内の角運動量は次
式で表される。

ここで、Ｇφは角運動量（ｋｇｒｒｒ／　ｓ　２）　、
　Ｒは炉半径（ｍ）　、ｐはガス密度（ｋｇ／ｍ’　）
、Ｖｚは軸方向速度（ｍ／ｓ）を表す。また、石炭バー
ナから供給する角運動量は次式で表される。

Ｇｚ＝ａΣ　（Ｍ　ｉ　Ｖ　ｉ　） ここで、Ｍｉはｉ成分の質量流量（ｋｇ／　ｓ　）、　
Ｖｉはｉ成分の噴出速度（ｍ／ｓ）を表す。角運動量は
保存力であり常に一定値である。従って先に示した２式
より次式が成立する。

ａΣ（Ｍ　ｉ　Ｖ　ｉ　） 以上からρ、ｖｚを求め、炉内のガス速度分布を表現で
きる。

周方向速度が軸方向速度に比べて大きい場合、炉内の圧
力分布と周方向速度分布との間には次式の関係がある。

ｄＰ　　　Ｖａ２ 上式に、前述した速度分布を代入し圧力分布を求め、ス
ラグ流下孔７とガス戻り孔４の圧力差を求ることができ
る。

次に、この圧力分布からガス循環量を算出する。

自己加熱型スラグタップの形状は、オリフィスと類似し
ている。そこで、オリフィスにガスを流した際に生じる
圧力損失の計算方法を用いて、自己加熱型スラグタップ
のスラグ流下孔とガス戻り孔にガスを流した際の圧力損
失が求まる。

ここで、ζ（ｓ）は抵抗係数（−）を示す。ζは、絞り
の比によって異なる変数である。ガス循環量Ｑと圧力損
失ΔＰの間には次式の関係がある。

ここで、Ｑはガス循環量（Ｎｎ？／ｈ）　、Ｓｏは炉断
面積（ｒｒｒ）、Ｓｚはスラグ流下孔断面積（イ）、８
ｍはガス戻り孔断面積（イ）を表す。

上式に、既に求めたΔＰ、及びスラグタップの形状から
ζ（ｓ）を求めればガス循環員を算出できる。

次に、石炭ガス化炉１２の負荷変動時や、炭種を変えた
場合等で、スラグタップ３の温度が変動した際に、スラ
グタップ３のスラグ流下孔７を適正な温度にＭ＃する方
法を述べる。

炉内で石炭が溶融している限り、ガス化炉１２内部のガ
ス温度はスラグ溶融温度以上である。石炭中灰分はこの
ガスと接触すれば溶融する。従って、ガス化炉内で石炭
中灰分が溶融している限り、自己加熱型スラグタップで
は、スラグタップ３のスラグ流下孔７の温度が石炭中灰
分の溶融温度以上に維持され、スラグタップ３のスラグ
流下孔７でスラグは流下する。

しかし、例えばスラグが安定流下している場合でも、負
荷を低下させた時に炉内１０の温度が低下して、スラグ
の溶融温度以上であっても、既に溶融しているスラグが
急激にスラグ流下孔７に集中する可能性がある。このよ
うな場合、スラグ流下孔７の温度がスラグの溶融温度以
上であっても、スラグを処理し切るには低すぎ、スラグ
流下孔７で閉塞状態を引き起こす可能性がある。

また、同一炭種を用いてガ・ス化を行なっている場合に
もロットの差により石炭中灰分の性状が変化する可能性
がある。このような場合、スラグ流下孔７の温度を、既
に溶融しているスラグの溶融温度から新しい成分の石炭
より生じるスラグの溶融温度へ急激に変化させねばなら
ない。

以上のようなスラグ流下孔７が閉塞しかける程低温であ
った場合の他に、スラグ流下温度に比べて高温過ぎ、熱
損失が増しガス化効率を低下させる場合も不適当である
。従って、スラグ溶融温度以上であり、かつ最も低い温
度にスラグ流下孔７の温度を維持するのが最も適当であ
る。

本発明では、ガス化室１０のガスをスラグタップ３のス
ラグ流下孔７に通過させることでスラグ流下孔７の温度
をスラグ流下温度以上に維持する。

従ってスラグ流下孔７の温度を」１昇させるには、スラ
グ流下孔７を通過させる高温ガスの量を増加させるか、
高温ガスの温度を更に上昇させる必要がある。一方、ス
ラグ流下孔７の温度を低下させるには、スラグ流下孔７
を通過させる高温ガスの量を減少させるか、高温ガスの
温度を下げる必要がある。

このような場合、本発明では、下段石炭バーナ１の酸素
量を増減させるだけでスラグ流下孔７の温度を容易に制
御することができる。

下段石炭バーナ１の酸素ノズル径は、ガス化炉が稼働状
態の場合、一般に一定値である。従って、酸素供給量を
増大させると、酸素噴出速度が増大する。更に、酸素噴
出速度を増大させると、炉内全体の旋回流が強まり、旋
回流の中心と壁近傍の圧力差が増し、スラグ流下孔７に
通過させる高温ガスの循環量が増大する。また、下段石
炭バーナ１において、酸素供給量を増大させると、酸素
比が増し、生成されるガスの温度が高くなる。

以上の２つの相乗効果により、下段石炭バーナ１の酸素
供給量を増すとスラグ流下孔７の温度を直ちに上昇させ
ることができ、下段石炭バーナ１の酸素供給量を減らせ
ばスラグ流下孔７の温度を直ちに下降させることができ
る。すなわち、下段石炭バーナ１の酸素供給量を増減さ
せるだけでスラグ流下孔７の温度を自由に制御すること
ができるのである。

ここで、本実施例で行なったスラグタップ３の温度制御
結果を第５図に示す。横軸は、石炭供給量に対する酸素
供給量の割合αを、縦軸はスラグ流下孔７の温度を表す
。αを増大させると炉内温度や、スラグ流下孔７の温度
も上昇する。更に、αの増大に連れ炉内温度にスラグ流
下孔７の温度が近付く。これは、αの増大に連れ、スラ
グ流下孔７を通過する循環ガス量が増大するので、高温
ガスからスラグ流下孔７への熱伝達が促進されるためで
ある。

以上のように、酸素供給量を増減させるだけでスラグ流
下孔７の温度を自由に制御することができ、前述した状
況においても本発明が有効であることを示している。

汰に実施例２について第６図及び第７図を用いて説明す
る。

スラグタップ部分のガス化炉の縦断面図を第６図に、ま
たそのＢ−Ｂ’断面図を第７図に示す。

基本的な原理は前記実施例１と同様である。前記実施例
〕−と構造的な相違点は、スラグタップ３の内部に水冷
チューブ６１を装備し、スラグタップ３を冷却させる水
冷構造としたこと、及びガス戻り孔４の周囲に傾斜でな
く堰２を設けたことの２点である。

スラグタップ３は、ガス化炉内の高温に曝されるばかり
か溶融した高温のスラグが常時表面を流れている。スラ
グは液体状であり、反応性に富みまた多くの成分の混合
物であるためその構成された物質を含む物に対して馴染
みが良い。一般的にスラグタップ３に用いられる材質は
シリカ、アルミナなどの金属酸化物であるが、これらは
皆、石炭中灰分に含まれているためスラグタップ３とス
ラグは非常に馴染み易い。従って侵食や湿潤によりスラ
グタップ３が侵され易い。

そこで、この実施例２ではスラグタップ３の内部に第７
図に示すように、スラグ流下孔７及びガス戻り孔４の周
囲に水冷チューブ６１を設置した。

水冷チューブ６１内部には水２１を循環させて水冷チュ
ーブ６１表面を冷却し、スラグタップ３全体を冷却する
。これにより、スラグタップ３の表面温度が低温に維持
され付着したスラグとの反応が抑制されると同時に、ス
ラグタップ３の表面でスラグが固化し、固化したスラグ
がスラグタップ３の表面を保護するためにセルフコーテ
ィングによりスラグタップ３の表面の侵食が抑えられる
。

本実施例の効果としてスラグタップ３の長寿命化が達成
されると同時に信頼性が向」ニする。

次に２番目の相違点である堰２について述べる。

ガス戻り孔４の周囲には、スラグを流下させないために
実施例１では傾斜を設けた。しかしガス化装置１２の処
理量増大に伴い、ガス化炉１０の内径を大きくせねばな
らず、ガス化炉１０の底部全体に傾斜を設けることは構
造上困難な場合が予測される。このような場合、本実施
例２に示すような堰２は比較的容易に製作できる。堰２
の高さは、ガス化室１０底部に溜るスラブの量に対して
堰２の上部が十分に突出し、かつガス化室内１０の火炎
により高温に曝されて破壊されない高さとする。

本実施例の効果は製作が容易なことである。

次に実施例３について第８図及び第９図を用いて説明す
る。

さらに他の実施例３の縦断面図を第８図に、またそのｃ
−ｃ’断面図を第９図に示す。基本的な原理は実施例１
と同様である６実施例１と構造的な相違点は、スラグ流
下孔７やガス戻り孔４の区別をなくし両者の効果を兼ね
備えたスラグガス流通孔７１を新たに設けた点である。

スラグガス流通孔７１はガス化炉の中心から壁まで連続
した穴であり壁付近では実施例１におけるスラグ流下孔
７の役割を果し、中心部ではガス戻り孔４の役割を果す
。すなわち、中心部はスラグタップ３の水平面に対して
高くしてあリスラグは流下しない。また、炉内の高温ガ
スはスラグガス流通孔７１の壁付近でガス化室１０から
スラグ冷却室へ移動し、更にスラグガス流通孔７１の中
心付近でガス化室１０へ戻る。しかして、炉内の高温ガ
スによりスラグガス流通孔７１の温度をスラグ流下温度
以上に保つことができスラグを安定に流下することがで
きる。

本発明実施例の効果としては、スラグタップ３に複数の
孔を開けずに、スラグガス流通孔７１だけを設ければ良
いのでスラグタップ３の製作が容易になることである。

次に実施例４について第１０図及び第１１図を用いて説
明する。

実施例４の縦断面図を第１０図に、またそのＤ−Ｄ’断
面図を第１１図に示す。基本的な原理は実施例１と同様
である。実施例１と構造的な相違点は、ガス戻り孔４を
ガス化炉１２の軸延長上以外に設置したこと、及びガス
戻り孔４の周囲に堰あるいは傾斜２を設けず、ガス戻り
孔４の上面をスラグ流下孔７の上面と同一高さにしたこ
とである。

炉内の旋回流では中心と壁の間で最も大きな圧力差が得
られる。しかし、スラグタップ３の製作において例えば
、水冷管６１の配置等の問題で中心部にガス戻り孔４を
設置できない場合がある。

しかし、中心との距離を異ならせてガス戻り孔４スラグ
流下孔７を設置すれば、ある程度の圧力差を得られる。

従って、ガス戻り孔４をガス化炉１２の軸延長上以外に
設置した場合でも圧力差を生じているためガス循環流を
形成でき、スラグ流下孔７をスラグ安定流下温度以−ヒ
に維持できる。

ガス戻り孔４の周囲に堰あるいは傾斜２を設けなかった
場合ガス戻り孔４よりスラグが流下してしまう。しかし
、ガス戻り孔４ではスラグ冷却室からガス化室１０ヘガ
スが流れている。すなわちガス戻り孔４には強い上昇流
が生じておリスラグ流下を防ぐことができる。従って、
堰あるいは傾斜２を設けることと同様の効果を達成でき
る。

本実施例の効果としては、スラグタップ３の任意の位置
にガス戻り孔４を設置でき堰あるいは傾斜２を設けなく
ても良いのでスラグタップ３の製作が容易になることで
ある。

次に将来セラミックの製作技術が向上し、複雑な形状の
構造物スラグタップ３として製作可能となった場合の実
施例５を第１２図、第１３図及び第１４図を用いて説明
する。

実施例５の縦断面図を第１２図に、また実施例５のスラ
グタップ３の側面図を第１３図に、実施例５のスラグタ
ップ３の−Ｅ面図を第１４図に、示す。基本的な原理は
実施例１と同様である。実施例１と構造的な相違点は、
スラグタップ３のスラグ流下孔７をフィン状としガス循
環量を増大させた点、及びスラグ流下孔７を通してガス
化炉１０から倍槽９への放射を抑えたことである。

第１３図、第１４図に示すように、ガス戻り孔４は実施
例１と同様であるがスラグ流下孔７はフィン状となって
おり、フィン８１の傾斜は、ガス化室１０の旋回流によ
り炉内ガスが下方に移動すべく設置する。これにより、
僅かな旋回流でも炉内ガスをスラグ冷却室へ移すことが
できる。また、フィン８１を隙間なく重ねることが可能
であリスラグ流下孔７を通してガス化炉１０から水槽９
への放射を抑えられる。

本実施例の効果としては、ガス循環量を増大できるので
スラグ流下孔７及びガス戻り孔４を小型にでき、かつス
ラグ流下孔７を通してガス化炉１０から水槽９への放射
を抑えられるので、水槽９への熱方散を軽減できること
である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ガス化室内の圧力差を利用して余熱の
ための付加的な加熱手段を何ら有することなく、スラグ
タップの温度をスラグ流下温度に維持できるので、スラ
グを良好に滴下させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例１の縦断面図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ’線断面図、第３図は本発明の原理図、第４図は
本発明ガス化装置の系統図、第５図は本発明実施例１の
温度制御実施結果を示す線図、第６図は本発明実施例２
の縦断面図、第７図は第６図のＢ−Ｂ’線断面図、第８
図は本発明実施例３の縦断面図、第９図は第８図のｃ−
ｃ’線断面図、第１０図は本発明実施例４の横断面図、
第１１図は第１０図のＤ−Ｄ’線断面図、第１２図は本
発明実施例５の横断面図、第１３図は第１２図のスラグ
タップの側面図、第１４図は第１３図のスラグタップの
上面図である。 １・・・下段石炭バーナ、２・・・ガス戻り孔の傾斜、
３・・・スラグタップ、４・・・ガス戻り孔、７・・・
スラグ流下孔、９・・・水槽、１０・・・ガス化室、１
２・・・石炭ガス化炉、１，６・・・石炭、１７・・・
搬送ガス、１８・・・ガス化剤、５１・・・チャーバー
ナ、５２・・・上段石炭バーナ、６１・・・水冷チュー
ブ、７１・・・スラグガス流通孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、石炭及び酸化剤をガス化室の円周方向に沿つて旋回
   流を形成するように噴出し、このガス化室で石炭から可
   燃性ガスを生成すると共に石炭中の灰分を溶融させてス
   ラグ状とし、前記スラグをガス化室下方に設けたスラグ
   タップを介してスラグ冷却室に抜き出す石炭ガス化炉の
   ガス化方法において、上記旋回流によりガス化室の壁面
   から中心部にむかうにしたがつて圧力が低くなるよう圧
   力差を生じせしめ、この圧力差を用いて、生成された可
   燃性ガスの一部をガス化室からスラグ冷却室に導びくと
   共に再びガス化室に戻る循環系を生じさせ、この循環す
   る可燃性ガスでスラグタップを加熱することを特徴とす
   る石炭ガス化炉のガス化方法。 ２、酸化剤の噴出速度を制御し、ガス化室とスラグ冷却
   室間のガスの循環量を制御す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炉のガス化方法。 ３、酸化剤の供給量を制御し、ガス化室で生成される可
   燃性ガスの温度を制御す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炉のガス化方法。 ４、石炭から可燃性ガスを生成する円筒状のガス化室と
   、石炭及び酸化剤をガス化室の円周方向に沿つて噴出す
   るよう配置されたバーナと、ガス化室で溶融された石炭
   中の灰分を冷却するガス化室の下方に設けられたスラグ
   冷却室と、前記ガス化室とスラグ冷却室とを仕切るスラ
   グタップとより構成した石炭ガス化炉において、スラグ
   タップのガス化室壁面近傍にあけられたガス化室とスラ
   グ冷却室を連通するスラグ流下孔と、スラグラップのガ
   ス化室中心部側にあけられたスラグ冷却室とガス化室を
   連通するガス戻り孔とより構成したことを特徴とする石
   炭ガス化炉のガス化装置。 ５、スラグ流下孔とガス戻り孔とを１つの孔で形成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の石炭ガス
   化炉のガス化装置。 ６、スラグタップのガス戻り孔部分の高さをスラグ流下
   孔部分の高さより高く形成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第４項記載の石炭ガス化炉のガス化装置。