JPS6324556B2

JPS6324556B2 -

Info

Publication number: JPS6324556B2
Application number: JP56066914A
Authority: JP
Inventors: Jinichi Tomuro; Tomohiko Myamoto; Susumu Yoshioka; Hiroshi Myadera; Shuntaro Koyama; Sadao Takahashi; Shinji Tanaka; Takao Hishinuma
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1981-05-06
Filing date: 1981-05-06
Publication date: 1988-05-20
Also published as: JPS57182395A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は噴流層を用いて石炭を酸素あるいは酸
素含有ガスにより部分燃焼させ可燃性ガスを製造
する石炭ガス化方法に係り、特に、微粉炭を酸素
あるいは酸素含有ガスとともに供給し、当該部分
の温度を石炭中の灰分の融点以上に保持し、供給
した石炭中の灰分を溶融させながら石炭をガス化
する石炭ガス化方法に関する。噴流層形式のガス化炉での石炭ガス化は以下の
特長を有する。 (1) 石炭を通常200μ以下に粉砕してガス化する
ため単位重量当りの表面積が大きく、短時間に
ガス化反応を行わせることができる。 (2) 石炭中の灰分の融点以上でガス化することに
より灰分を炉壁に溶融状態で捕集でき、微細な
灰分粒子（フライアツシユ）の生成を低減でき
る。 (3) ガス化炉内は実質的に気流輸送状態となるた
め石炭の保持量が少なく負荷変動に有利であ
る。 (4) 使用する石炭の粒径が従来の石炭微粉炭焚ボ
イラにおける石炭粒径と同等であるため、その
取り扱い技術を応用できる。 (5) バーナあるいはそれに準ずる手段により微粉
炭をガス化炉に供給するため、石炭の粘結性等
の影響がなく適用できる炭種が広い。反面、以下のような欠点を有する。 (1) ガス化部分の温度を石炭中の灰分の融点以上
にするため、単位石炭量当りに供給する酸素量
が大きくなる。酸素量の増加は燃焼部分の増大
を意味し、可燃性ガスとして取り出し得るエネ
ルギー割合を低下させる。 (2) 部分負荷運転時にガス化炉の熱負荷が小さく
なり、単位石炭量当りに供給する酸素量を定格
時のそれと同一とすると、ガス化部の温度が低
下し、灰分を溶融して抜き出すことが難しくな
る傾向がある。温度低下は酸素量の増加で補え
るが、可燃性ガスとして取り出し得るエネルギ
ーが低下すると同時に、生成ガスの発熱量も低
下する。特に、石炭をガス化して得られたガスを発電に
供する場合、ガスを燃焼させるボイラあるいはガ
スタービン等の燃焼機器の特性上、生成ガス発熱
量の変動は好ましくなく、例えば、ガスタービン
用の燃料に供する場合には発熱量の変動はおおむ
ね10％以内とすることが要求される。本発明の目的は、負荷変動時にも、ガス化部分
の温度を石炭中の灰分の融点以上に保ち、しかも
生成ガスの発熱量を実質的に一定に維持する噴流
層の石炭ガス化方法を提供することにある。本発明は、ガス化炉に石炭あるいは石炭のガス
化により生成する未反応炭素を含むチヤーを供給
するバーナを溶融した灰分の抜き出し口からの距
離が異なる位置に複数個設置し、負荷変動時、溶
融灰分抜き出し口からの距離と負荷割合とに応じ
て各ノズルに供給する酸素あるいは酸素含有ガス
の流出を適切に制御することによつて、灰分抜き
出し口付近のガス化温度を灰分融点以上に維持し
つつ、全体として、石炭当りの酸素供給量を定格
時と同一に保ち生成ガス発熱量の変動を防止しよ
うとするものである。一般に石炭中の灰分の融点は1200〜1600℃程度
であり、この灰分を溶融させ連続的に抜き出すた
め、ガス化部分の温度は灰分の融点より200〜400
℃高い1500〜2000℃とする必要がある。このよう
な高温下では石炭のガス化反応に関与する主な気
相反応は短時間に完結し、生成ガスの組成はガス
化温度における平衡ガス組成に実質的に等しくな
る。固体である石炭ないしは石炭から生成するチ
ヤーとガスとの反応も、大部分は短時間に完了す
るが、チヤー中の炭素は反応の進行に伴いガス化
時の高温でグラフアイト化し反応性が悪化する。
従つて、このチヤー中の炭素をどの程度ガス化で
きるかがガス化炉の効率を決定する主要な因子と
なる。もし、最終的に石炭として供給した炭素の
ガス化率が定まれば、気相反応は実質的に平衡に
到達するので、生成ガス中の主要成分の組成は供
給したガス化剤、例えば、酸素と水蒸気の混合ガ
スの反応量論比から理論的に定まる。炭素のガス
化率が低ければ、未反応の炭素分だけエネルギー
効率が低くなるので、炭素のガス化率は90％以
上、特に発電を目的とする石炭ガス化では更に高
い値となるようガス化条件を選定する。このた
め、炭素のガス化率はほぼ一定とみなせるので、
生成ガスの組成は実質的にガス化剤の量論比に支
配されることになる。逆に、生成ガス組成を一定
に保つ為にはガス化剤の量論比も一定にする必要
がある。このように、ガス化剤の量論比を一定としたま
ま、同一のガス化炉で石炭の供給量を低下させる
と、ガス化反応で発生する熱量は石炭の供給量に
比例して低下するのに対して、ガス化炉壁から外
部に放出される熱量はほとんど一定であるため、
放熱量の相対的割合が増し、ガス化温度が低下す
る。ガス化温度が低下すれば溶融した石炭灰分の
粘度が高くなり、溶融灰分のガス化炉からの連続
的抜き出しが困難となり、極端な場合には灰分の
抜き出し口で灰分が固化し抜き出しが全く不可能
となる。ガス化温度を石炭中の灰分の融点に対し
て十分高くすれば上記の欠点は避けられるが、ガ
ス化温度を高くするには第１図に示す通り、より
多くの酸素を供給しなければならず、酸素量の増
加は生成ガスとして取り出せるエネルギー割合を
低下させるので好ましくない。しかしながら、生
成ガス組成を支配するガス化剤の量論比はガス化
炉全体としての量論比であるため、複数の供給ノ
ズルを設け、全体としてのガス化剤の量論比は一
定に保ちながら、個々の供給ノズルでのガス化剤
の量論比を変化させれば、局部的なガス化温度を
負荷低下時にも灰分の溶融、抜き出しに必要な高
温に維持することが可能となる。各バーナから供給する酸素あるいは酸素含有ガ
スの流量比は、石炭中の灰分の溶融温度、溶融灰
分の抜き出し口とそれに最も近いバーナとの距離
などにより適切な値が異なるため、好ましくは灰
分抜き出し口付近のガス温度が一定となるよう灰
分抜き出し口に最も近いバーナへの酸素あるいは
酸素含有ガスの流量を制御し、全体として石炭供
給量から定められる必要酸素流量に対して不足す
る酸素流量を残余のバーナから均一に供給する。
また、灰分抜き出し口付近の温度検出が困難な場
合には、所定の発熱量の生成ガスを得るのに必要
な酸素あるいは酸素含有ガスの流量と石炭供給流
量との比をα₀、流量比αを維持して各バーナに均
一に酸素あるいは酸素含有ガスを供給しながら長
時間安定した溶融灰分抜き出しが可能な石炭供給
流量をG_C1、運転が要求される最少の石炭供給流
量をG_C2（G_C2＜G_C1）とし、石炭供給流量G_C2の時
に酸素あるいは酸素含有ガスの流量をα₀G_C2を越
えて供給し溶融灰分が長時間安定して抜き出せる
ようになる酸素あるいは酸素含有ガスの流量G_O2
をそれぞれの装置で求めておく。そして、任意の
石炭供給量G_C（G_C1G_CG_C2）に対して、溶融灰
分の抜き出し口に最も近いバーナへの酸素あるい
は酸素含有ガスの流量goを次式で定めればよい。 go＝ｎ／ＮαG_C ここで、 α＝（α₀−α₂）G_C＋α₀G_C2−α₂G_C1／G_C1−G_C2 α₂＝G_O2／G_C2 Ｎ：バーナ総本数ｎ：溶融灰分に最も近いバーナの本数である。その他のバーナへは残余の流量である
α₀G_C−goの酸素あるいは酸素含有ガスを供給す
ればよい。上記の流量制御法を図示すると第２図
になる。実施例１以下、本発明の一実施例につき、第３図により
詳細に述べる。ガス化炉１は外径1.8ｍの円筒状
の圧力容器内部に内径0.9ｍの空筒部を有し、そ
の下方はスラグタツプ口４で一旦絞られた後、ス
ラグ冷却器５に通じる。スラグタツプ口４より上
の内筒部は垂直に配置された複数の水冷管３１，
３２（第２図中では３１，３１′及び３２，３
２′として各２本のみ記載）により水冷壁６を構
成している。スラグタツプ口４より上方0.6ｍの
位置に４本の下段バーナ５１（第２図中では５
１，５１′として２本のみ記載）が挿入され、下
段バーナ５１より更に1.2ｍ上方に同じく４本の
上段バーナ５２（第３図中では５２，５２′とし
て２本のみ記載）を挿入されている。第１表に示
す性状の微粉炭を石炭供給管１１から供給し、搬
送ガス供給管１２から供給されるN₂（窒素）によ
り気流輸送され、供給管１３を経て、上段バーナ
５２の４本すべてと、下段バーナ５１の２本とに
分岐、供給される。各バーナには酸素供給管１
４，１５からO₂（酸素）が別途供給され、各バー
ナ先端で供給された微粉炭を噴霧する。上段ガス
化部３及び下段ガス化部２に供給された微粉炭及
び酸素は部分酸化によりCO（一酸化炭素）、H₂
（水素）を主成分とするガスに転化され、この時
発生する熱によつて上段ガス化部３及び下段ガス
化部２を1600℃以上に維持する。微浮炭中の灰分
の一部はここで溶融状態となり水冷壁６に付着
し、水冷壁６を流下してスラグタツプ口４からス
ラグ冷却器５内の水中に落下し冷却される。スラ
グ中に含まれる微量の未反応炭素は水冷壁６を流
化する間に更にガス化される。スラグ冷却器５へ
は内部の水温が上昇し過ぎないよう冷却水が冷却
水供給管４１から供給され、スラグ冷却器５内の
水位を一定に保つよう冷却水排出管４２から抜き
出される。水中に蓄積されるスラグ状の灰分は間
欠的にロツクホツパ形式の減圧排出機構にスラグ
排出管４３から抜き出される。スラグ化しない残
りの灰分は未反応炭素を含んだチヤー粒子として
生成ガスと共にガス化炉１の上方に飛散する。第
３図ではガス化炉１の上方は記載されていない
が、スラグタツプ口４の上方15ｍまで水冷壁構造
となつており、生成ガスを1000℃以下まで冷却
し、微粒子状のまま溶融状態にある灰分を完全に
固化した後、生成ガスをガス化炉１から取り出
す。取り出された生成ガスから、サイクロン等に
公知の手段により飛散同伴したチヤー粒子を分離
捕集する。捕集したチヤー粒子中には未反応の炭
素分が含まれるので、これを更にガス化するた
め、チヤー供給管２１から、搬送ガス供給管２２
から供給されるスチームで気流輸送状態で供給管
２３を経て下段バーナ５１の残る２本に分岐供給
され、酸素供給管１４からのO₂により微粉炭と
同様に噴霧する。ガス化炉１にリサイクルされた
チヤーは下段ガス化部で再度O₂と反応しガス化
され、一部がスラグ化して水冷壁に付着し、残り
が再飛散し上記のリサイクルを繰り返し未反応炭
素をより完全にガス化する。上記ガス化炉を８Kg／cm²Ｇの圧力で、第１表に
示した性状の微粉炭を1200〜6200Kg／ｂの流量で
供給し、本発明の原理を説明した記述中のG_C1を
6200Kg／ｂ、G_C2を1200Kg／ｂ、α₀＝0.84として
制御した結果、第２表に示した結果が得られ、発
熱量の変化は石炭最大供給時の発熱量に対して±
４％以内であり、溶融灰分抜き出し口の閉塞は認
められなかつた。

【表】

【表】比較例１実施例１と同じ装置を用いて、各バーナへ供給
する酸素流量をほぼ均等に分割して同様のガス化
を実施したところ、微粉炭供給量を4500Kg／ｂま
で減少させた時、約１時間後からスラグ排出管４
３から回収される灰分量が減少し、約３時間後に
はほとんど回収されなくなり、スラグタツプ口４
が閉塞したことを示した。実施例２実施例１と同じ装置を用いて、下段バーナ５２
（総数４本）のうち２本を石炭供給用に、１本を
チヤーリサイクル用に、残る１本を酸素のみを供
給するバーナとして用い、この酸素のみを供給す
るバーナに赤外線放射温度計を組み込み下段ガス
化部２の温度が測定できるようにし、実施例１と
同様のガス化を実施した。微粉炭供給量が6200
Kg／ｂの時、各バーナに酸素をほぼ均一に分割し
て供給したところ、上記温度計の指示（ピーク
値）は1820℃を示した。次に微粉炭供給量を減少
させながら上段バーナ５１、下段バーナ５２への
酸素供給量を第４図のアルゴリズムに従い上記温
度計の指示が1820℃となるよう制御した。結果は
第３表に示した通り微粉炭供給量を1000Kg／ｂま
で低減させることが可能であつた。各微粉炭供給
量に対して３時間以上の運転を行つたがスラグ排
出管４３から回収される灰分量は微粉炭供給量に
ほぼ比例しており、スラグタツプ４の閉塞する傾
向は認められなかつた。以上、実施例はいずれも酸素を用いたが、本発
明は酸素を用いた石炭ガス化に限定される訳では
なく、他の酸素含有ガス、例えば空気、空気と酸
素の混合ガスなど、を用いた石炭ガス化にも適用
可能である。本発明によれば、同一の噴流層石炭ガス化装置
での石炭ガス化量を生成ガスの発熱量変動を防止
しながら広範囲に変化させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸素量の変化に対して石炭ガス化温度
ならびに生成ガス発熱量がどのように変化するか
を定性的に示した図、第２図は本発明における酸
素流量の制御方法の一例を説明した図、第３図は
本発明を適用するのに好適な一実施例につきその
装置の主要部分の概略を示した図、第４図は他の
実施例についての酸素流量制御方式を示した図で
ある。１…ガス化炉、２…下段ガス化部、３…上段ガ
ス化部、４…スラグタツプ口、５…スラグ冷却
器、６…水冷壁、１１…石炭供給管、１２…搬送
ガス供給管、１３…供給管、１４，１４′…酸素
供給管、１５，１５′…酸素供給管、２１…チヤ
ー供給管、２２…搬送ガス供給管、２３…供給
管、３１，３１′…水冷管、３２，３２′…水冷
管、４１…冷却水供給管、４２…冷却水排出管、
４３…スラグ排出管、５１，５１′…下段バーナ、
５２，５２′…上段バーナ。

Claims

【特許請求の範囲】１噴流層を用いて微粉砕した石炭を酸素あるい
は酸素含有ガスにより部分酸化してこの石炭中に
含まれる灰分の溶融点以上の温度とし、この石炭
から可燃性ガスを製造する石炭のガス化方法にお
いて、ガス化炉下部に溶融した灰分を連続して抜
き出す排出口が設けられており、この排出口から
距離が異なる位置に複数の石炭供給バーナが設置
され、石炭供給量が変化した場合に全バーナに供
給する酸素あるいは酸素含有ガスの合計流量を石
炭供給量との比を一定に保持すると共に、溶融し
た灰分の排出口に最も近い石炭供給バーナへの酸
素あるいは酸素含有ガスの供給流量とこのバーナ
への石炭供給量との比を、全体での流量比に対し
て石炭供給量が減少したときに酸素量が増加する
ように制御することを特徴とする石炭ガス化方
法。２溶融した灰分の排出口に最も近いバーナに対
する酸素あるいは酸素含有ガスの流量を、このバ
ーナから供給される石炭がガス化される領域の温
度を一定となるよう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方法。