JPS63248893A - 石炭ガス化装置 - 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〕 本発明は石炭ガス化装置に係り、特に噴流層石炭ガス化
炉におけるガス化効率を高め、同時に炉壁の焼損を抑制
するのに好適な石炭ガス化装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、石炭ガス化炉には、固定層、流動層、噴流層等の
各方式が種々提案されている。これらの方式の中で噴流
層は炉内の温度を石炭灰の融点以上（約１３００〜１６
００℃）に高めるために他の方式に比較して、ガス化効
率が高く、適用炭種が広い等の特徴を有しており、合成
ガス、複合発電、燃料電池用等の燃料製造に適している
。

噴流層方式の石炭ガス化炉として、第４図に示すように
ガス化室３１に上段バーナ２０と下段バーナ２１の二段
配置のバーナを備えたガス化炉がある。このガス化炉で
は、上段バーナ２０よりも下段バーナ２１に対して酸化
剤を多く配分し、ガス化室３１の下部において、石炭中
の灰分が溶融し、スラグ化できる高温域を形成し、この
高温域により上段バーナ２０から供給される微粉炭１お
よび酸化剤３によって活性化されたチャーのガス化反応
速度を増加させることによって高いガス化性能を得るよ
うになっている。

−Ｍにガス化炉は、装置をコンパクトにするために加圧
装置となっており、微粉炭１は常圧ホッパ１０および２
基の加圧ホッパ１）．１２を介してフィーダ１３．１４
により定置供給され、窒素ガス等の搬送ガス２によって
それぞれ上段バーナ２０および下段バーナ２１に送られ
る。上段バーナ２０および下段バーナ２１にはそれぞれ
酸素、空気等の酸化剤３が送られ、ガス化室３１でガス
化され、生成ガスは生成ガスライン６より排出される。

下段バーナ２１に対する酸化剤３の供給量を、上段バー
ナ２０よりも多くすることによって、ガス他室３１下部
の温度はスラグが溶融する温度に高められる。また、ス
ラグタップ３２は必要に応じタップバーナ２２により加
熱されるが、スラグは冷却水３６中に落下して水砕し、
スラグ排出ライン７を介して系外に排出される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第５図は、第４図に示す石炭ガス化装置において、酸化
剤として酸素を用いたときの実験結果の一例を示す、こ
の実験では、微粉炭として灰の融点及び石炭組成が異な
るＡ炭と石炭の２種の石炭を用い、下段バーナ２１の酸
素／石炭の重量比を１．２ｋｇ／ｋｇと一定とし、上段
バーナ２０の酸素／石炭の重量比を変化させて下記の式
で示されるガス化効率ηを測定したものである。

ガス化効率η＝ 石炭供給量×石炭発熱量 第５図から、Ａ炭と石炭とではガス化効率が最大となる
ときの上段バーナ２０における酸素供給量が異なる。し
たがって、例えばＡ炭から石炭への切り替え等の混炭運
転時には、上段バーナ２０への酸素供給量を適切にしな
ければ、ガス化効率の低下を招き、ガス化炉からの生成
ガスを使用する後続の装置にまで影響を及ぼす。

また、例えばＡ炭１炭種を用いた運転の場合にも炭層や
その炭層中の採掘場所等によりＡ炭の組成も変化するこ
とがあるため、常時、その組成に対応した酸素供給量で
運転されておらず、ガス化効率の低下を招くおそれがあ
る。更に負荷変化のように石炭供給量が大きく変化する
場合、石炭の分析結果により予め酸素供給量を設定して
もその設定値と最高のガス化効率を得るための最適値と
の差が生じ、特に燃料切替え時の負荷変化に際してはそ
の差が大きく最適な運転を保持できない問題がある。

また、ガス化効率が最高になる酸化剤供給量ではスラグ
が流下しないような灰の溶融温度が高い石炭のガス化で
は必要以上に酸化剤を供給すれば、効率の低下を招くこ
とになる。さらに必要以上に酸化剤を供給することによ
ってスラグタップ３２０部分のみならず炉壁が焼損し、
ガス化炉の修理作業が多くなり、またガス化炉の寿命が
短くなる問題がある。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解消し、
石炭の組成および石炭供給量の変化に対しても常時最高
のガス化効率を得ることができるとともに炉壁の焼損を
防止することができる石炭ガス化装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した目的は、ガス化炉からの生成ガスの単位時間当
たりの発熱量を検出し、その発熱量が最大となるように
少なくとも最上段のバーナ側の酸化剤供給量を制御する
と共にスラグ化部におけるスラグの流下状態を検知し、
その情報に基づいて少なくとも最下段のバーナ側の酸化
剤供給量をスラグの流下を維持するのに必要な最小量に
制御する構成とすることによって達成される。

〔作用〕

ガス化炉からの生成ガスの単位時間当たりの発熱量は、
生成ガスライン上で生成ガスの組成を測定し、かつ例え
ば炉内に入る窒素ガス等の不活性ガスの物質収支をとる
ことによって、あるいは生成ガスの組成およびその流量
を測定することによって計算できる。

このようにして生成ガスの単位時間当たりの発熱量を計
算し、その発熱量が最大となるように少なくとも最上段
側のバーナにおける部分酸化に寄与する酸化剤供給量を
制御することにより、石炭の組成および供給量の変化に
対しても最大のガス化効率を維持できる。

また、少なくとも最下段のバーナ側において、スラグ化
部におけるスラグの流下状態を維持するのに必要な最小
量の酸化剤量となるように制御すれば、スラグの流下を
維持しつつ、上段側バーナ付近に比較して高温域となる
下段側のバーナ付近の過度の温度上昇を防止し、炉壁の
焼損を防止できる。下段側のバーナに対する酸化剤量が
変動しても、最終的なガス化効率は上段側バーナに対す
る酸化剤量の制御により調整される。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の石炭ガス化装置の一実施例を示す概略
的構成図である。この石炭ガス化装置は、ガス化炉本体
３０からの生成ガスライン６の途中に生成ガスの組成を
分析する生成ガス分析計７０と、この生成ガス分析計７
０と信号ライン７３により接続されると共に生成ガスの
単位時間当たりの発熱量を計算する計算・制御器７１が
設置されている。

この計算・制御器７１は信号ライン７４を介して酸化剤
３を上段バーナ２０に供給する酸化剤ライン６４に配設
された制御弁７２Ａに接続されている。またガス化炉本
体３０の下部側面部にはテレビカメラ又は赤外線カメラ
等のカメラ７５が設置され、このカメラ７５は信号ライ
ン７７を介して画像処理器７６に接続され、画像処理器
７６は信号ライン７８により計算・制御器７１に接続さ
れている。計算・制御器７１は酸化剤３を下段バーナ２
１に供給する酸化剤ライン６５に配設された制御弁７２
Ｂに接続されている。

第１図において、上記した構成部分以外は第４図に示す
従来の石炭ガス化装置と実質的に同じであるので同一符
号で示し、構成上の説明は省略する。

次に上記した構成からなる石炭ガス化装置の作用・効果
について説明する。

微粉炭１は、常圧の微粉炭ホッパ１０．パルプ４０をへ
て加圧型の微粉炭ホッパ１）、パルプ４１を経て加圧型
の微粉炭ホッパ１２に収納される。

微粉炭ホッパ１２内に収納された微粉炭は、フィーダ１
３．１４によりそれぞれ所定量に分割されてエゼクタ１
６．１７に至る。エゼクタ１６にはバルブ４３を通って
ライン６１内を供給される搬送用ガスとしてのＮ２ガス
２が供給され、また、微粉炭１は均圧管１７により均圧
化されてライン６３内を気流輸送され、下段バーナ２１
に至る。

またエゼクタ１６にはバルブ４２を通ってライン６０内
を供給される搬送用ガスとしてのＮ！ガス２が供給され
、また、微粉炭１は均圧管１８により均圧化されてライ
ン６２内を気流輸送され、上段バーナ２０に至る。また
上段バーナ２０にはライン６４から酸化剤３が供給され
、下段バーナ２１にはライン６４から酸化剤３が供給さ
れる。

ガス化室３１内では、上段バーナ２０に比較し酸化剤を
多く配分する下段バーナ２１付近では高温域を形成させ
石炭中の灰分をスラグ化すると共に、上段バーナ２０側
で形成したチャーをガス化させる。ガス化室３１で発生
した生成ガスは、ガス化室出口３３を経てガス化炉本体
３０の塔頂から生成ガスライン６に至る。

この生成ガスの組成は、生成ガス分析計７０により検出
される。生成ガス分析計７０による生成ガス組成の情報
に基づいて計算・制御器７１では生成ガス容積当たりの
発熱量と生成ガス流量とから生成ガスの単位時間当たり
の発熱量が計算される。ここで石炭組成から生成ガス流
量を算出する方法として、本実施例のように微粉炭を乾
式供給する方式では微粉炭搬送ガスとして一般に不活性
ガスである窒素（Ｎ２）或いは空気が用いられるので石
炭搬送に用いる窒素量との物質収支を計算する方法が採
用される。なおオリフィス等で直接生成ガス流量を測定
してもよい。

計算・制御器７１により生成ガス容積当たりの発熱量が
計算されると、第２図に示すように上段１バーナ２０に
対する酸化剤（Ｏ・）量を微量変化させ、生成ガスの単
位時間当たりの発熱量が高くなれば、生成ガスの単位時
間当たりの発熱量が低下するまで酸化剤量の微量変化を
続行するように制御弁７２Ａの開度が制御される。

次に生成ガスの単位時間当たりの発熱量が高くなるまで
、上記した操作と逆の操作が続けられ、石炭組成および
石炭供給量の変化に対しても常に単位時間当たりの発熱
量の高い生成ガスを得ること、すなわち最高のガス化効
率で運転することができる。

次にガス化室３１の下段バーナ２１付近に生じたスラグ
３５はスラグタップ３２を経て冷却水３６中で水砕され
、バルブ４８を経てスラグホッパ３４に滞留した後、バ
ルブ４９を介してスラグ排出ライン７から系外に排出さ
れる。このときタップバーナ２２にはバルブ４６を経て
供給される燃料４とバルブ４７を経て供給される酸化剤
５により燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスはスラグタッ
プ３２付近に噴出される。

スラグタップ３２からのスラグ３５の流下状態はカメラ
７５により映像としてとらえられる。カメラ７５からの
映像を画像処理器７６において、スラグが流下していな
いときの映像より、例えばコントラストの差或いは落下
するスラグの滴とまわりの温度差を算出する方法等によ
り減算処理し、スラグが適切に流下しているか否かが判
断される。

スラグの流下状態を検知する手段としては、可視の通常
カメラ又は赤外カメラがあるが、これに限定されるもの
でなく、スラグの流下状態を検知できるものであればい
ずれも使用できる。

第３図は下段バーナ２１側の制御例を示すフローチャー
トである。

画像処理器７６においてスラグ３５が適切に流下してい
ると判断されると、計算・制御器７１は制御弁７２Ｂの
開度を微量減少させる指令を出力し、これによって下段
バーナ２１に導入される酸化剤３の量を微量減少する。

一方、画像処理器７６においてスラグ３５が適切に流下
していないと判断されると、計算・制御器７１は制御弁
７２Ｂの開度を微量増加させる指令を出力し、これによ
って下段バーナ２１に導入される酸化剤３の量を微量増
加する。このようにして下段バーナ２１に供給される酸
化剤３の量はスラグ３５の流下を維持するのに必要な最
少量に制御され、下段バーナ２１側における過度の温度
上昇が抑制される。

この場合、スラグ３５が流下するのに必要な最少量の酸
化剤３を供給するに際しては、スラグタップ３２付近の
温度が石炭灰の流動点よりも高くとも１００℃以内とす
ることが望ましい。

また、上記した下段バーナ２１側に酸化剤３の供給量の
制御に追随して上段バーナ２０における酸化剤３の供給
量が制御され、最終的には最高のガス化効率を維持でき
る。

なお、石炭供給量と酸素供給量との概略の関係を予め組
み込んでおけば、最適の制御状態に至るまでの時間を短
縮できる。

以上のように石炭の組成および石炭供給量の変化によっ
ても常にガス化効率を最大に維持できる。

したがって、通常、同じ銘柄の石炭の場合でも炭層の違
い、炭層内の採掘場所等によりその組成が一定でなく、
また異なる銘柄の石炭を混合して使用する場合には予め
混合して使用することができないため、−炭種を用いる
時に比較して石炭の組成は刻々変化する０本実施例では
、このような経時的な石炭の組成の変化に対しても生成
ガスの単位時間当たりの発熱量を最高の状態に保つこと
ができる。

また、１銘柄の石炭から他の銘柄の石炭に切り替える場
合、石炭の混合からガス化炉に至るまでには粉砕、さら
にホッパ充填等の工程があるために混合からガス化炉に
供給されるまでの時間を把握しにくい、この場合にも本
実施例では、ガス化炉に供給される石炭組成に起因する
生成ガスの発熱量の変化に対応して生成ガスの単位時間
当たりの発熱量を常に最高の状態に維持できる。

さらに融点が異なる石炭を混合して使用する場合にもス
ラグの流下を維持しつつ、常に高いガス化効率を維持で
きる。

上記した実施例において、ガス化室３１内に上段バーナ
２０と下段バーナ２１の２組のバーナを設け、それぞれ
のバーナに導入される酸化剤３の量を制御する例を示し
たが、本発明はバーナ自体に導入される酸化剤の量を制
御する場合に限らず、各バーナから供給される微粉炭の
部分酸化に寄与する酸化剤の量を制御するシステムを採
用することもできる。このシステムの例としては、例え
ば、上段バーナ２０および下段バーナ２１の出口開口部
付近にそれぞれ酸化剤供給ノズルを併設し、各酸化剤供
給ノズルからガス化室３１内に供給される酸化剤の量を
上記した方法により制御する方法が挙げられる。

また、本発明において、バーナは２段の場合に限らず２
段以上のバーナを設置した例も包含される。この場合、
少なくとも最上段バーナにおいて生成ガスの単位時間当
たりの発熱量が最大となるように酸化剤の量を制？１す
ればよく、また、少なくとも最下段のバーナにおいて、
スラグの流下を維持するのに必要な最少量の酸化剤の量
に制ＪＴｊすればよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、石炭の組成および石炭供
給量の変化に対しても、生成ガスの単位時間当たりの発
熱量が最大となるように上段バーナ側に対する酸化剤の
供給量が制御されるために常にガス化効率を最大に維持
できる。さらにスラグの流化状態を検知して下段バーナ
側に対する酸化剤の供給量をスラグの流下状態を維持す
るのに必要な最少量に維持できるので、スラグの流下を
適切に維持しつつ炉壁の焼損を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の石炭ガス化装置の一実施例を示す概略
的構成図、第２図は第１図に示す石炭ガス化装置におけ
る上段バーナに対する酸化剤供給量の制御例を示すフロ
ーチャート、第３図は第１図に示す石炭ガス化装置にお
ける下段バーナに対する酸化剤供給量の制御例を示すフ
ローチャート、第４図は従来の石炭ガス化装置を示す概
略的構成図、第５図は石炭組成の異なるＡ炭および石炭
を用いたときの上段バーナの酸素／石炭重量比とガス化
効率との関係を示すグラフである。 １・・・・・・微粉炭、２・・・・・・微粉炭搬送ガス
、３・・・・・・酸化剤、４・・・・・・燃料、５・・
・・・・酸化剤、６・・・・・・生成ガスライン、７・
・・・・・スラグ排出ライン、２０・・・・・・上段バ
ーナ、２１・・・・・・下段バーナ、２２・・・・・・
タップバーナ、３０・・・・・・ガス化炉本体、３１・
・・・・・ガス化室、３２・・・・・・スラグタップ、
７０・・・・・・生成ガス分析計、７１・・・・・・計
算・制御器、７２Ａ、７２Ｂ・・・・・・制御弁、７５
・・・・・・カメラ、７６・・・・・・画像処理器。 代理人　弁理士　西　元　勝　− 第１図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）石炭灰の溶融点以上の温度でガス化する噴流層石
   炭ガス化炉を備えた石炭ガス化装置において、前記噴流
   層石炭ガス化炉の高さ方向に複数段に分けて微粉炭を供
   給する手段と、その微粉炭を部分酸化させるための酸化
   剤を供給する手段と、前記噴流層石炭ガス化炉から排出
   される生成ガスの単位時間当たりの発熱量を検出する手
   段と、生成ガスの単位時間当たりの発熱量が最大となる
   ように少なくとも最上段のバーナにおける部分酸化に寄
   与する酸化剤の流量を制御する手段と、前記噴流層石炭
   ガス化炉の下部から流出するスラグの流下状態を検知す
   る手段と、該検知手段からの情報に基づいて少なくとも
   最下段のバーナにおける部分酸化に寄与する酸化剤量を
   スラグの流下を維持するのに必要な最小量に制御する手
   段とを設けたことを特徴とする石炭ガス化装置。