WO1999031202A1 - Fuel gasifying system - Google Patents

Description

明 細 書 燃料のガス化システム 技術分野

本発明は、 石炭や都市ごみ等の燃料のガス化炉及びそれを用いたガス 化システムに関する。 背景技術

現在、 世界各国で石炭を用いた高効率発電システムに関してさまざま な試みがなされている。 発電効率の向上を図るには石炭の持つ化学エネ ルギーをいかに高効率で電気エネルギーに変換できるかが重要であるが 近年その開発の方向性が見直されつつある。 ガス化複合発電（IGCC)は石 炭をガス化し、 一旦ク リーンな化学エネルギーにして、 その後燃料電池 で直接電気に変換したり 、 高温のガスタービンで高効率発電を行なおう とする技術である。 しかしながら、 完全ガス化を指向した技術であるた め、 ガス化部分の反応温度を灰が溶融する温度域にまで高めなければな らず、 溶融スラグの排出の問題や耐火材料の耐久性等に多く の課題を抱 えている。 しかも熱エネルギーの一部が灰の溶融潜熱に消費されたり、 折角高温で排出される生成ガスをガス精製のために、 例えば 450 程度に まで下げねばならず、 その際の顕熱ロスが非常に大きいこと、 また安定 して高温を得るために酸素または酸素富化した空気を供給する必要があ る等の問題がある。 このため、 正味のエネルギー変換効率が高く ならな いばかりカ こう してせっかく得た生成ガスを利用して、 高効率で発電 する技術が完成しておらず、 現時点では正味の発電効率は決して高くな いという ことが判明してきている- 即ち、 ガス化複合発電（IGCC)においては、 最終的に電気エネルギーに 変換する技術の効率に上限があることが、 全体と しての効率向上のネッ クになっている。 従って、 近年注目を浴びている高効率発電技術は、 単 純にガスタ一ビン入り 口のガス温度の上限温度のガスをできるだけ大量 に発生させ、 ガスタービンからの発電電力出力比を高めよ う とするもの である。 その代表的なものが トッピングサイクル発電システムや改良型 の加圧流動床炉による発電システムである。

改良型の加圧流動床炉による発電システムは、 まず加圧ガス化炉で石 炭をガス化し、 発生した未燃力一ボン（いわゆるチヤ一）を加圧チヤ一燃 焼器で燃焼するが、 このチヤ一燃焼器からの燃焼ガスとガス化炉からの 生成ガスをそれぞれク リ 一ニングした後、 トツピング燃焼器で混合燃焼 させて高温ガスを得て、 ガスタービンを駆動しょ う とするものである この加圧流動床炉による発電システムにおいて重要なことは、 如何にガ スタービンへの流入ガス流量を高められるかであるが、 これを制約する 条件と して最も大きいものが生成ガスのク リーニングである：

生成ガスのク リ一ニングは還元雰囲気での脱硫反応の最適温度の関係 上、 通常 450°C程度まで冷却する必要がある。 これに対して、 ガスタービ ンの入り 口ガス温度は高いほど効率が高まるので、 できるだけ高温にす べきである。 現状ではガスタービン構成材料の耐熱性、 耐食性の制約か ら、 1200°C弱にまで高めるのが一般的である。 即ち、 ガスク リーニング の温度 450 からガスタービン入り 口温度の 1200⁼Cまで、 ガスの温度を上 げられるだけの発熱量を有することが生成ガスには要求される- 従って、 改良型の加圧流動床炉による発電システムにおいては、 でき るだけ少量で、 且つ単位発熱量の高い生成ガスを得る方向でシステムの 開発が進められるべきである。 何故ならば、 450°Cでク リーニングすべき 生成ガス量が減れば、 冷却による顕熱ロスが減り、 且つ生成ガスに求め られる最低必要発熱量も低く て済む。 更に生成ガスの発熱量がガスター ビン入り 口の所要のガス温度に上昇させるのに必要な発熱量以上であれ ば、 燃焼空気比を上げてガスタービンに流入するガス量を増加させるこ とができるので、 更なる発電効率の向上を期待できるからである。

また近年、 都市ごみ等を燃料と して積極的に利用すべく 、 高効率ごみ 燃焼発電技術の開発が進んでいるが、 ごみ中には塩素が高濃度で含まれ ている場合があるため、 伝熱管の腐食の問題から熱回収の際の蒸気温度 を 40CTC以上には上げられないという問題がある。 このため、 この問題を 克服できる技術開発が待たれている _c

従来の石炭等を燃料と したガス化炉の代表的なものと して、 図 1 7に 示すよ うな 2塔循環式ガス化炉がある。 2塔循環式ガス化炉は、 ガス化 炉とチヤ一燃焼炉の 2炉 （塔） から構成され、 ガス化炉とチヤ一燃焼炉 の間で流動媒体やチヤ一を循環し、 ガス化に必要な熱量を、 チヤ一燃焼 炉でチヤ一の燃焼熱によって加熱された流動媒体の顕熱でガス化炉に供 給しょ う とするものである。 ガス化炉で発生した生成ガスを燃焼させる 必要が無いことから、 生成ガスの発熱量を高く維持できるという特徴が ある- しかしながら、 2塔循環方式はガス化炉、 チヤ一燃焼炉間の充分 な粒子循環量の確保、 粒子循環量制御、 安定運転といった高温粒子の取 扱い面の課題と、 チヤ一燃焼炉の温度制御が他操作と独立してできない という運用面の課題から、 大規模な実機建設にまでは至らなかった。 これに対して近年、 図 1 8に示すよ うにチヤ一燃焼炉の燃焼ガスを全 量ガス化炉に導き、 粒子の循環による顕熱供給だけでは不足しがちなガ ス化用熱量を補おう とする技術が提案されている。 しかしながら、 この システムはチヤ一燃焼炉から排出される燃焼ガスを全量ガス化炉に導く ために、 「できるだけ少量の、 且つ発熱量の高い生成ガスを得るのが良 い」 という改良型加圧流動床炉による発電システムの原則に反している： 即ち、 チヤ一燃焼ガスの量がガス化炉でのガス化あるいは流動化に必要 な量以上になると生成ガスが余計なチヤ一燃焼ガスによって希釈される ので発熱量が低下するだけでなく 、 混合された余分のチヤ一燃焼ガスま でもが還元雰囲気でのガスク リ一二ングのために 450°Cまで冷却されるこ とになり、 適正なガスタービン入り 口温度にまでガス温度を上げるのに 必要な熱量は増えてしま う。 また逆にチヤ一燃焼ガス量が不足すると、 ガス化炉の流動化が不十分になったり、 ガス化炉の温度が低下したりす るため、 ガス化炉に空気を供給する必要が生じてく る。 従って、 このシ ステムを成り立たせるにはシステムに好適な限られた使用炭種を選定せ ざるを得ないことが予想される。 この限られた炭種から少しでもずれる と、 余分のチヤ一燃焼ガスまでをも 450 Cまで冷却しなければならなかつ たり 、 ガス化炉に空気を導入するこ とで生成ガスの発熱量が低下したり することから、 システム全体の効率を低下させてしま う ことは言うまで もない。

また、 このシステムにおいては、 チヤ一燃焼炉の温度制御は層高を変 化させて、 層内の伝熱面積を変化させる方式であり、 低負荷時には層上 に露出した伝熱管によつて燃焼ガスが冷却されるため、 ガス化炉の温度 や流動化速度等が変わるので、 ガス化反応速度にも影響を与え、 システ ムの安定操業が難しく なると言う問題がある。

このよ うな状況に鑑み、 本発明者らは一つの流動床炉の内部に、 ガス 化室、 チヤ一燃焼室、 低温燃焼室の 3つを、 それぞれ隔壁を介して設け た統合型ガス化炉を考案している。 これは、 更にチヤ一燃焼室とガス化 δ 室、 チヤ一燃焼室と低温燃焼室はそれぞれ隣接して設けている。 この統 合型ガス化炉は前述の 2塔循環方式の課題を克服すべく考案したもので あり、 チヤ一燃焼室とガス化室間に大量の流動媒体循環を可能にしてい るので、 流動媒体の顕熱だけでガス化のための熱量を充分に ί共給でき、 改良型流動床炉を用いた発電システムの原則である 「できるだけ少量の 且つ発熱量の高い生成ガスを得る」 ことが最も容易に実現できる可能性 のある技術である。

しかしながら、 この技術はチヤ一燃焼ガスと生成ガスの間のシールが 完全ではないため、 ガス化室とチヤ一燃焼室の圧力バランス制御がうま く行かないと、 燃焼ガス と生成ガスが混ざり、 生成ガスの性状を低下さ せてしま う という問題がある。

また、 ごみ燃焼発電システムの分野では、 ごみを熱分解して、 塩素成 分を揮発分と共に揮散させ、 塩素含有量が大幅に減少した残りのチヤ一 の燃焼熱で蒸気過熱を行なって、 高効率発電を行なおう という提案がな されている： しかしながら、 通常、 一般ごみの熱分解では殆どチヤ一は 発生しないので、 蒸気過熱に必要なチヤ一燃焼熱が得られない可能性が 高い。 また、 熱媒体と しての流動媒体とチヤ一はガス化室側からチヤ一 燃焼室側に流入するよ うになつているが、 マスバランスの点から同量の 流動媒体をチヤ一燃焼室側からガス化室側に戻す必要があるが、 従来の 方法ではコンべャ等を用いて機械的に搬送するほかなく 、 高温粒子のハ ンドリ ングの困難さ、 顕熱ロスが多いといつた課題を抱えている _c 発明の開示

本発明は上述の事情に鑑みてなされたもので、 ガス化室とチヤ一燃焼 室の間に特別な圧力バランス制御や、 機械的な流動媒体のハン ドリ ング 手段を必要とせず、 性状の優れた生成ガスを安定して得ることができ、 高効率な動力回収が可能な燃料のガス化システムを提供することを目的 とする。 また、 燃料と して塩素を含む可燃性の廃棄物を用いた場合でも 蒸気過熱器（管）等の腐食が少なく 、 高効率発電が可能な、 統合型ガス化 炉を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、 請求項 1 に係る発明による燃料のガス化 システムは、 図 1及び図 1 3に示すように、 高温の流動媒体を内部で流 動させ、 界面を有するガス化室流動床を形成し、 前記ガス化室流動床内 で燃料をガス化するガス化室 1 と ； 高温の流動媒体を内部で流動させ、 界面を有するチヤ一燃焼室流動床を形成し、 ガス化室 1 でのガス化に伴 い発生するチャ一を前記チヤ一燃焼室流動床内で燃焼させ前記流動媒体 を加熱するチヤ一燃焼室 2 と ； ガス化室 ] で発生したガスを燃料と して 用いる第 1 のエネルギー回収装置 1 0 9 とを備え ； ガス化室 1 とチヤ一 燃焼室 2 とは一体に構成されており ； ガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2 とは. 前記それぞれの流動床の界面よ り鉛直方向上方においてはガスの流通が ないよ うに第 1 の仕切壁 1 5 によ り仕切られ ； 第 1 の仕切壁 1 5の下部 にはガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2 とを連通する第 1 の開口部 2 5が設け られており、 第 1 の開口部 2 5を通じて、 チヤ一燃焼室 2側からガス化 室 1側へチヤ一燃焼室 2で加熱された流動媒体を移動させるよ うに構成 されている：

このよ うに構成すると、 ガス化室とチヤ一燃焼室とは一体に構成され ているので、 ガス化室とチヤ一燃焼室との間での流動媒体の取扱が楽に できる： また、 ガス化室とチヤ一燃焼室とは、 界面より上方においてガ スの流通がないよ うに仕切壁によ り仕切られているので、 ガス化室で生 成したガスとチヤ一燃焼室での燃焼ガスの混合がほとんど起こらない。 さらにガスタービンのよ うな動力回収装置であるエネルギー回収装置を 備えるので、 例えば、 空気圧縮機のような流体機械を駆動したり、 発電 機を駆動したり という形で動力の回収、 エネルギーの回収ができる。

さ らに請求項 1 に記載の燃料のガス化システムでいう流動床は、 鉛直 方向下方にある流動媒体を濃厚に含む濃厚層と、 その濃厚層の鉛直方向 上方にある流動媒体と多量のガスの共存するスプラッシュゾーンとから なる ₃ 流動床の上方即ちスプラッシュゾーンの上方には流動媒体をほと んど含まずガスを主体とするフリ一ボード部がある。 本発明でいう界面 は、 ある厚さをもった前記スプラッシュゾーンをいう力 、 またスプラッ シュゾーンの上面と下面 （濃厚層の上面） との中間にある仮想的な面と と らえてもよく 、 さらに仕切壁によ り仕切って濃厚層の上面よ り上方に おいてはガスの流通がないよ うにするのが好ましい。

また、 請求項 2に記載のよ うに、 請求項 1 に記載の、 燃料のガス化シ ステムでは、 さらに、 ガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2 とは、 前記それぞれ の流動床の界面よ り鉛直方向上方においてはガスの流通がないよ うに第 2の仕切壁 1 1 によ り仕切られ ； 第 2の仕切壁 1 1 の下部にはガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2 とを連通する第 2の開口部 2 1 が設けられており、 第 2の開口部 2 1 を通じて、 ガス化室 1側からチヤ一燃焼室 2側へ流動 媒体を移動させるように構成してもよい。

このよ うに構成すると、 第 2の開口部 2 1 を通じて、 ガス化室 1側か らチヤー燃焼室 2側へ流動媒体が移動するので、 ガス化室 1 でチヤ一が 発生するとき、 そのチヤ一は流動媒体と ともにチヤ一燃焼室 2に移動し、 またガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2間の流動媒体のマスバランスが保たれ る。

また、 請求項 3に記載のよ うに、 以上の燃料のガス化システムでは、 ガス化室 1及びチヤ一燃焼室 2 と一体に構成された熱回収室 3を備え ； ガス化室 1 と熱回収室 3 とは、 直接的なガスの流通がないよ うに仕切る か、 または互いに接しないよ うに配置してもよく、 このようにすると、 ガス化室で生成したガスと熱回収室中の燃焼ガスとの混合をほとんど起 こさずに熱回収ができる e また、 熱回収室を備えるので、 燃料によって は、 ガス化室で発生するチヤ一の量とチヤ一燃焼室で流動媒体の加熱に 必要と されるチヤ一の量のバランスが崩れることがあるが、 その差は、 熱回収室での熱回収量を加減することによ り調整することができる。

さらに請求項 4に記載のよ うに、 請求項 1 乃至請求項 3のいずれか 1 項に記載の燃料のガス化システムでは、 第 1 のエネルギー回収装置 1 0 9で燃料と して用いた後のガスと、 チヤ一燃焼室 2からの燃焼ガスとを 導入するボイ ラ 1 1 1 を備えるようにしてもよレ、 ₌ ここで、 典型的には 第 1 のエネルギー回収装置はガスタ一ビン 1 0 9乃至はその出カタ一ビ ン部 1 0 6であり、 ここで燃料と して用いた後のガスとは、 そのガスタ 一ビンの燃焼器 1 0 5で燃焼して出カタ一ビン部 1 0 6でエネルギーを 回収した後の排ガスである： この排ガスは、 熱エネルギーをまだかなり 有しているので、 ボイラ 1 1 1 でその熱を回収する。

また、 以上のシステムでは、 ガス化室 1 の流動化ガスと して、 無酸素 ガスを用いるよ うにするのが好ましい。 こ こで無酸素ガスとは、 ほとん ど酸素を含まないガスをいい、 少なく とも酸素濃度がガス化室で生成し た生成ガスを実質的に燃焼させる程度に達しないガスをいう。 このと き は、 無酸素ガスを用いるので生成ガスが実質的に燃焼せず発熱量の高い 生成ガスが得られる。

また、 請求項 5に記載のよ うに、 また図 1 4に示すよ うに、 請求項 1 乃至請求項 3のいずれか 1項に記載の燃料のガス化システムでは、 ガス 化室 1及びチヤ一燃焼室 2が大気圧より高い圧力に加圧されるよ うに構 成され ； チヤ一燃焼室 2 からの燃焼ガスによ り駆動される第 2のェネル ギ一回収装置 1 4 1 を備え ； 第 1 のエネルギー回収装置 1 0 9で燃料と して用いた後のガスと、 第 2のエネルギー回収装置 1 4 1からの燃焼ガ スとを導入するボイラ 1 1 1 を備えるよ うにしてもよい。

このよ うに構成すると、 チヤ一燃焼室からの燃焼ガスが温度エネルギ 一の他に圧力エネルギーも有するので、 第 2のエネルギー回収装置、 典 型的にはガスタービンの出力タービン部と同じ構造を有するパワーリカ バリータービンで、 その燃焼ガスから動力の回収ができる。 また、 ガス 化室で発生した生成ガスを、 ガスタ一ビンに付属のガス圧縮機を介さず にそのままガスタービンの燃焼器 1 0 5に導きそこで燃焼したガスをガ スタービンの出力タービン部 1 0 6に導入して動力を発生させることが できる。 したがって、 ガスタービン付属のガス圧縮機を不要とすること ができる。 ただし、 ガスタービンの所要圧力と発生された生成ガスの圧 力に差があるときは、 その差を補償する圧力を発生するガス圧縮機を設 けてもよレ、 =

前記目的を達成するために、 請求項 6に係る発明による燃料のガス化 システムは、 図 1及び図 1 1 に示すように、 高温の流動媒体を内部で流 動させ、 界面を有するガス化室流動床を形成し、 前記ガス化室流動床内 で燃料をガス化するガス化室 1 と ； 高温の流動媒体を内部で流動させ、 界面を有するチヤ一燃焼室流動床を形成し、 ガス化室 1 でのガス化に伴 い発生するチヤ一を前記チヤ一燃焼室流動床内で燃焼させ前記流動媒体 を加熱すると と もに燃焼ガスを発生させるチヤ一燃焼室 2 と ； ガス化室 1 で発生したガスを燃焼させ、 チヤ一燃焼室 2で発生する前記燃焼ガス を加熱する助燃室 5 3 と ； 助燃室 5 3で加熱された燃焼ガスからェネル ギーを回収するエネルギー回収装置 5 5 とを備え ； ガス化室 1 とチヤ一 燃焼室 2 とは一体に構成され、 かつ大気圧より高い圧力に加圧されるよ うに構成されており ； ガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2 とは、 前記それぞれ の流動床の界面より鉛直方向上方においてはガスの流通がないよ うに第 1 の仕切壁 1 5によ り仕切られ ； 第 1 の仕切壁 1 5の下部にはガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2 とを連通する第 1 の開口部 2 5が設けられており、 第 1 の開口部 2 5を通じて、 チヤ一燃焼室 2側からガス化室 1側へチヤ 一燃焼室 2で加熱された流動媒体を移動させるよ うに構成される。

このよ うに構成すると、 ガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2 とは一体に構成 され、 かつ大気圧よ り高い圧力に加圧されるよ うに構成されるので、 チ ャ一燃焼室内の酸素分圧を高め燃焼状態を良好に保つことができる他、 チャ一燃焼室からの燃焼ガスからエネルギー回収装置と しての例えばパ ヮーリカバリ一タービンでエネルギーの回収ができる。 また助燃室を備 えるので、 ガス化室からの生成ガスをこ こで燃すことにより、 チヤ一燃 焼室からの燃焼ガスを例えば 1 2 0 0 ⁼Cといった高温に加熱できる。 し たがって、 例えばパワーリカバリータ一ビンで高効率の動力回収ができ る。

また、 請求項 7に記載のように、 請求項 6に記載の燃料のガス化シス テムでは、 さ らに、 ガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2 とは、 前記それぞれの 流動床の界面より鉛直方向上方においてはガスの流通がないよ うに第 2 の仕切壁 1 1 によ り仕切られ ； 第 2の仕切壁 1 1 の下部にはガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2 とを連通する第 2の開口部 2 1 が設けられており、 第 2の開口部 2 1 を通じて、 ガス化室 1側から前記チヤ一燃焼室 2側へ流 動媒体を移動させるよ う に構成してもよい。

さらに、 請求項 8に記載のように請求項 6または請求項 7に記載の燃 料のガス化システムでは、 ガス化室 1及びチヤ一燃焼室 2 と一体に構成 された熱回収室 3を備え ； ガス化室 1 と熱回収室 3 とは、 直接的なガス の流通がないように仕切る力 、 または互いに接しないよ うに配置しても よい- さ らに、 請求項 9に記載のよ うに、 請求項 6乃至請求項 8のいずれか 1項に記載の燃料のガス化システムでは、 エネルギー回収装置 5 5でェ ネルギ一を回収された後のガスを導入するボイラ 5 8を備えるよ うにし てもよく、 このときは、 エネルギー回収装置 5 5でエネルギーを回収さ れた後でもまだ熱エネルギーを残している排ガスからボイラによ り熱回 収を図ることができる。

さ らに、 請求項 1 0に記載のよ うに、 また図 1 5、 図 1 6に示すよ う に、 請求項 4、 請求項 5及び請求項 9のいずれかに記載の燃料のガス化 システムでは、 ボイラ 5 8は、 前記導入されるガスの他に、 別燃料を燃 焼させるように構成してもよく 、 このときは、 ボイラが必要とする熱量 と、 チヤ一燃焼室等から供給される熱量とのバランスが崩れても、 その 差を別燃料で補う ことができる ₌ したがって、 例えばボイラと して既設 のボイラ 1 3 1 を使用する場合等に対応することができる。

さ らに、 前記目的を達成するために、 請求項 1 1 に係る発明による既 設のボイラをリパヮ リ ングする方法は、 図 1 5または図 1 6に示すよ う に、 既設のボイラ 1 3 1 を提供する工程と ； 既設のボイラ 1 3 1 に燃焼 ガスを供給する、 請求項 1 乃至請求項 3、 請求項 6乃至請求項 8のいず れか 1項に記載の、 燃料のガス化システムを提供する工程とを備える： この方法では、 既設のボイラに前記のよ うな燃料のガス化システムを 燃焼ガスを供給するよ うに接続するので、 たとえば微粉炭を燃料とする 多く の既設ボイラのよ う に、 効率が悪く炭酸ガスの排出量も多いボイラ を高効率のエネルギー発生システムに改造、 すなわちリパヮリングする ことができる。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の統合型ガス化炉の基本的な概念を示す構成図である 図 2は、 炉底の傾斜、 および仕切壁にせり出しを設けた場合の図 1 の 変形例を示す図である。

図 3 A及び図 3 Bは、 本発明の統合型ガス化炉の圧力制御機能の説明 図である _c

図 4は、 本発明の統合型ガス化炉を円筒型の炉にて具体化した実施形 態の構造図である。

図 5は、 図 4の流動床部分の水平断面図である ₌

図 6は、 図 5の変形例を示す図である。

図 7は、 本発明の統合型ガス化炉を矩形型の炉にて具体化した実施形 態の水平断面図である。

図 8は、 図 7の変形例を示す図である：

図 9は、 本発明の常圧型の統合型ガス化炉の実施形態の説明図である: 図 1 0は、 図 9の統合型ガス化炉を用いた複合サイクル発電システム の実施形態の説明図である。

図 1 1 は、 本発明の統合型ガス化炉を用いた複合サイクル発電システ ムの実施形態の説明図である。

図 1 2は、 図 1 1 の変形例を示す図である。

図 1 3は、 常圧型の統合型ガス化炉からの生成ガスから動力回収する システムの一例を示す説明図である。

図 1 4は、 加圧型の統合型ガス化炉からの生成ガスから動力回収する システムの一例を示す説明図である _c

図 1 5は、 常圧型の統合型ガス化炉からの生成ガスから動力回収する システムに既設のボイラを組み合わせたシステムの一例を示す説明図で める，=

図 1 6は、 加圧型の統合型ガス化炉からの生成ガスから動力回収する システムに既設のボイラを組み合わせたシステムの一例を示す説明図で ある。

図 1 7は、 従来の 2塔循環型ガス化炉の説明図である。

図 1 8は、 従来の流動床炉を用いた複合発電システムの説明図である: 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施の形態について、 図 1乃至図 1 6を参照して説明 する。

図 1 は、 本発明のうちのガス化炉部分の基本的な構成を模式的に表現 したものである。 図 1 に示す実施の形態の統合型ガス化炉 1 0 1 は、 熱 分解即ちガス化、 チヤ一燃焼、 熱回収の 3つの機能をそれぞれ担当する ガス化室 1、 チヤ一燃焼室 2、 熱回収室 3を備え、 例えば全体が円筒形 又は矩形を成した炉体内に収納されている。 ガス化室 1 、 チヤ一燃焼室 2、 熱回収室 3は仕切壁 1 1、 1 2、 1 3、 1 4、 1 5で分割されてお り、 それぞれの底部に流動媒体を含む濃厚層である流動床が形成される: 各室の流動床、 即ちガス化室流動床、 チヤ一燃焼室流動床、 熱回収室流 動床の流動媒体を流動させるために、 各室 1、 2、 3の底である炉底に は、 流動媒体中に流動化ガスを吹き込む散気装置が設けられている。 散 気装置は炉底部に敷かれた例えば多孔板を含んで構成され、 該多孔板を 広さ方向に分割して複数の部屋に分割されており、 各室内の各部の空塔 速度を変えるために、 散気装置の各部屋から多孔板を通して吹き出す流 動化ガスの流速を変化させるよ うに構成している。 空塔速度が室の各部 で相対的に異なるので各室内の流動媒体も室の各部で流動状態が異なり そのため内部旋回流が形成される ₌ 図中、 散気装置に示す白抜き矢印の 大き さは、 吹き出される流動化ガスの流速を示している c 例えば 2 で 示す箇所の太い矢印は、 2 aで示す箇所の細い矢印よ り も流速が大きい:

ガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2の間は仕切壁 1 1 で仕切られ、 チヤ一燃 焼室 2 と熱回収室 3 の間は仕切壁 1 2で仕切られ、 ガス化室と熱回収室 の問は仕切壁 1 3で仕切られている。 即ち、 別々の炉と して構成されて おらず、 一つの炉と して一体に構成されている。 このガス化炉 1 0 1 で は、 仕切壁 1 1が本発明の第 2の仕切壁を構成する。 更に、 チヤ一燃焼 室 2のガス化室 1 と接する面の近傍には、 流動媒体が下降するべく沈降 チヤ一燃焼室 4を設ける。 即ち、 チヤ一燃焼室 2は沈降チヤ一燃焼室 4 と沈降チヤ一燃焼室 4以外のチヤ一燃焼室本体部とに分かれる ₌ このた め、 沈降チヤ一燃焼室 4 をチヤ一燃焼室の他の部分 （チヤ一燃焼室本体 部） と仕切るための仕切壁 1 4が設けられている。 また沈降チヤ一燃焼 室 4 とガス化室 1 は、 本発明の第 1 の仕切壁と しての仕切壁 1 5で仕切 られている。

こ こで、 流動床と界面について説明する ₌ 流動床は、 その鉛直方向下 方部にある、 流動化ガスによ り流動状態に置かれている流動媒体 （例え ば诖砂） を濃厚に含む濃厚層と、 その濃厚層の鉛直方向上方部にある流 動媒体と多量のガスが共存し、 流動媒体が勢いよくはねあがつているス プラ ッシュゾーンとからなる。 流動床の上方即ちスプラ ッシュゾーンの 上方には流動媒体をほとんど含まずガスを主体とするフリーボ一ド部が ある。 本発明でいう界面は、 ある厚さをもった前記スプラッシュゾーン をいう力 またスプラッシュゾーンの上面と下面 （濃厚層の上面） との 中間にある仮想的な面と と らえてもよい。

また 「流動床の界面よ り鉛直方向上方においてはガスの流通がないよ うに仕切壁によ り仕切られ」 という とき、 さ らに界面よ り下方の濃厚層 の上面よ り上方においてガスの流通がないよ うにするのが好ましい。 ガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2の間の仕切壁 1 1 は、 炉の天井 1 9から 炉底 （散気装置の多孔板） に向かってほぼ全面的に仕切っているが、 下 端は炉底に接することはなく、 炉底近傍に第 2の開口部 2 1 がある。 伹 しこの開口部 2 1 の上端が、 ガス化室流動床界面、 チヤ一燃焼室流動床 界面のいずれの界面よ り も上部にまで達することはない。 さらに好まし く は、 開口部 2 1 の上端が、 ガス化室流動床の濃厚層の上面、 チヤ一燃 焼室流動床の濃厚層の上面のいずれより も上部にまで達することはない ようにする。 言い換えれば、 開口部 2 1 は、 常に濃厚層に潜っているよ うに構成するのが好ましい。 即ち、 ガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2 とは、 少なく ともフ リ ーボー ド部においては、 さらに言えば界面より上方にお いては、 さらに好ましく は濃厚層の上面よ り上方ではガスの流通がない よ うに仕切壁によ り仕切られていることになる。

またチヤ一燃焼室 2 と熱回収室 3の間の仕切壁 1 2はその上端が界面 近傍、 即ち濃厚層の上面よりは上方であるが、 スプラッシュゾーンの上 面よ りは下方に位置しており、 仕切壁 1 2の下端は炉底近傍までであり . 仕切壁 1 1 と同様に下端が炉底に接することはなく 、 炉底近傍に濃厚層 の上面より上方に達することのない開口 2 2がある。

ガス化室 1 と熱回収室 3の間の仕切壁 1 3は炉底から炉の天井にわた つて完全に仕切っている。 沈降チヤ一燃焼室 4を設けるべくチヤ一燃焼 室 2内を仕切る仕切壁 1 4の上端は流動床の界面近傍で、 下端は炉底に 接している。 仕切壁 1 4の上端と流動床との関係は、 仕切壁 1 2 と流動 床との関係と同様である： 沈降チヤ一燃焼室 4 とガス化室 1 を仕切る仕 切壁 1 5は、 仕切壁 1 1 と同様であり、 炉の天井から炉底に向かってほ ぼ全面的に仕切っており、 下端は炉底に接することはなく 、 炉底近傍に 第 1 の開口部 2 5があり、 この開口の上端が濃厚層の上面よ り下にある, _: 即ち、 第 1 の開口部 2 5 と流動床の関係は、 第 2の開口部 2 1 と流動床 の関係と同様である。

ガス化室に投入された石炭 · ごみ等の燃料は流動媒体から熱を受け、 熱分解、 ガス化される。 典型的には、 燃料はガス化室では燃焼せず、 い わゆる乾留される。 残った乾溜チヤ一は流動媒体と共に仕切壁 1 1 の下 部にある開口部 2 1からチヤ一燃焼室 2に流入する。 このよ うにしてガ ス化室 1 から導入されたチヤ一はチヤ一燃焼室 2で燃焼して流動媒体を 加熱する。 チヤ一燃焼室 2でチヤ一の燃焼熱によって加熱された流動媒 体は仕切壁 1 2の上端を越えて熱回収室 3に流入し、 熱回収室内で界面 より も下方にあるように配設された層内伝熱管 4 1で収熱され、 冷却さ れた後、 再び第 2仕切壁 1 2の下部開口 2 2を通ってチヤ一燃焼室 2に 流入する。

ガス化室 1 に投入された可燃物の揮発分は瞬時にガス化し、 続いて固 形炭素分 （チヤ一） のガス化が比較的緩慢に起こる。 したがって、 ガス 化室 1 内におけるチヤ一の滞留時間 （ガス化室 1 に投入されたチヤ一が チヤ一燃焼室 2に抜けるまでの時間） は燃料のガス化割合 （炭素転換 率） 等を決める重要なファクターとなり得る。

硅砂等を流動媒体と して用いた場合、 チヤ一の比重が流動媒体の比重 と比較して小さいため、 主に層の上部に集中してチヤ一が蓄積される。 前記のよ うにガス化室への流動媒体の流入及びガス化室からチヤ一燃焼 室への流動媒体の流出が仕切り壁下開口部より生じる炉構造と した場合 主に層上部に存在するチヤ一より も、 主に層下部に存在する流動媒体の 方が、 ガス化室からチヤ一燃焼室へと流出し易く、 逆にチヤ一はガス化 室からチヤ一燃焼室へと流出しにく い。 したがって、 その分だけ、 ガス 化室が完全混合層となっている場合より もチヤ一のガス化室での平均滞 留時間を長く維持することが可能になる。

その場合、 沈降チヤ一燃焼室 4 よ りガス化室へと流入した流動媒体は. ガス化室内で層内に広く混合されることなく 、 主にガス化室下部のみを 通過してチヤ一燃焼室へと流出することになるが、 その場合においても . ガス化室炉床よ り供給される流動化ガスと流動媒体とが熱交換を行ない. 流動化ガスからチヤ一へと熱を伝えることによって、 間接的にチヤ一の ガス化に用いられる熱を流動媒体の顕熱から供給することは可能である: また、 ガス化室内流動化ガス速度を制御し、 前記ガス化室内旋回流の 様相を制御するこ とによ り 、 ガス化室内での流動媒体とチヤ一の混合状 態を変化させることが可能であり、 それにより、 チヤ一のガス化室内平 均滞留時間の制御が可能となる。

一方、 本炉構造においては、 ガス化室とチヤ一燃焼室との圧力差を制 御するこ と によ り 、 ガス化室内流動層高を自由に変化させることが可能 であるため、 その手法を用いてもガス化室内チヤ一滞留時間を制御する ことが可能である。

ここで、 熱回収室 3は本発明の燃料のガス化システムに必須ではない: 即ち、 ガス化室 1で主と して揮発成分がガス化した後に残る主と して力 —ボンからなるチヤ一の量と、 チヤ一燃焼室 2で流動媒体を加熱するの に必要と されるチヤ一の量がほぼ等しければ、 流動媒体から熱を奪う こ とになる熱回収室 3は不要である。 また前記チヤ一の量の差が小さけれ ば、 例えば、 ガス化室 1 でのガス化温度が高目になり、 ガス化室 1 で発 生する c oガスの量が増えるという形で、 バランス状態が保たれる。

しかしながら図 1 に示すように熱回収室 3を備える場合は、 チヤ一の 発生量の大きい石炭から、 ほとんどチヤ一を発生させない都巿ゴミまで、 幅広く多種類の燃料に対応することができる。 即ち、 どのよ うな燃料で あっても、 熱回収室 3における熱回収量を加減することによ り、 チヤ一 燃焼室 2の燃焼温度を適切に調節し、 流動媒体の温度を適切に保つこと ができる。

一方チヤ一燃焼室 2で加熱された流動媒体は第 4仕切壁 1 4の上端を 越えて沈降チヤ一燃焼室 4に流入し、 次いで仕切壁 1 5の下部にある開 口部 2 5カゝらガス化室 1 に流入する。

ここで、 各室間の流動媒体の流動状態及び移動について説明する。 ガス化室 1 の内部で沈降チヤ一燃焼室 4 との間の仕切壁 1 5に接する 面の近傍は、 沈降チヤ一燃焼室 4の流動化と比べて強い流動化状態が維 持される強流動化域 1 b になっている。 全体と しては投入された燃料と 流動媒体の混合拡散が促進される様に、 場所によつて流動化ガスの空塔 速度を変化させるのが良く 、 一例と して図 1 に示したよ うに強流動化域 1 bの他に弱流動化域 1 aを設けて旋回流を形成させるようにする。

チヤ一燃焼室 2は中央部に弱流動化域 2 a、 周辺部に強流動化域 2 b を有し、 流動媒体およびチヤ一が内部旋回流を形成している ガス化室 1 、 チヤ一燃焼室 2内の強流動化域の流動化速度は 5 Umf以上、 弱流動化 域の流動化速度は 5 Umf以下とするのが好適であるが、 弱流動化域と強流 動化域に相対的な明確な差を設ければ、 この範囲を超えても特に差し支 えはない。 チヤ一燃焼室 2内の熱回収室 3、 および沈降チヤ一燃焼室 4 に接する部分には強流動化域 2 bを配するよ うにするのがよい。 また必 要に応じて炉底には弱流動化域側から強流動化域側に下るよ うな勾配を 設けるのが良い （図 2 ) 。 ここで、 Umfとは最低流動化速度 （流動化が開 始される速度） を 1 Umfと した単位である。 即ち、 5 Umfは最低流動化速 度の 5倍の速度である ₌

このよ うに、 チヤ一燃焼室 2 と熱回収室 3 との仕切壁 1 2近傍のチヤ 一燃焼室側の流動化状態を熱回収室 3側の流動化状態よ り も相対的に強 い流動化状態に保つことによって、 流動媒体は仕切壁 1 2の流動床の界 面近傍にある上端を越えてチヤ一燃焼室 2側から熱回収室 3の側に流入 し、 流入した流動媒体は熱回収室 3内の相対的に弱い流動化状態即ち高 密度状態のために下方 （炉底方向） に移動し、 仕切壁 1 2の炉底近傍に ある下端 （の開口 2 2 ) をく ぐって熱回収室 3側からチヤ一燃焼室 2の 側に移動する。

同様に、 チヤ一燃焼室 2の本体部と沈降チヤ一燃焼室 4 との仕切壁 1 4近傍のチヤ一燃焼室本体部側の流動化状態を沈降チヤ一燃焼室 4側の 流動化状態よ り も相対的に強い流動化状態に保つことによって、 流動媒 体は仕切壁 1 4の流動床の界面近傍にある上端を越えてチヤ一燃焼室 2 本体部の側から沈降チヤ一燃焼室 4の側に移動流入する。 沈降チヤ一燃 焼室 4の側に流入した流動媒体は、 沈降チヤ一燃焼室 4内の相対的に弱 い流動化状態即ち高密度状態のために下方 （炉底方向） に移動し、 仕切 壁 1 5の炉底近傍にある下端 （の開口 2 5 ) をく ぐって沈降チヤ一燃焼 室 4側からガス化室 1側に移動する。 なおここで、 ガス化室 1 と沈降チ ヤー燃焼室 4 との仕切壁 1 5近傍のガス化室 1側の流動化状態は沈降チ ヤー燃焼室 4側の流動化状態よ り も相対的に強い流動化状態に保たれて いる。 このことは流動媒体の沈降チヤ一燃焼室 4からガス化室 1への移 動を誘引作用により助ける。 同様に、 ガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2 との間の仕切壁 1 1近傍のチヤ 一燃焼室 2側の流動化状態はガス化室 1側の流動化状態より も相対的に 強い流動化状態に保たれている- したがって、 流動媒体は仕切壁 1 1 の 流動床の界面よ り下方、 好ましく は濃厚層の上面よ り も下方にある （濃 厚層に潜った） 開口 2 1 を通してチヤ一燃焼室 2の側に流入する。

一般的には、 A、 Bの 2つの室間の流動媒体の移動は、 A、 B室が、 上端が界面の高さ近傍にある仕切壁 Xによって仕切られているときは、 その仕切壁 X近傍の A室と B室の流動化状態を比較して、 例えば A室側 の流動化状態が B室側の流動化状態より も強く保たれていれば、 流動媒 体は仕切壁 Xの上端を越えて A室側から B室側に流入移動する。 また、 A、 B室が、 下端が界面より下方、 好ましく は濃厚層の上面よ り下方に ある （濃厚層に潜った） 仕切壁 Yによって仕切られているとき、 言い換 えれば界面よ り も下方に開口を、 あるいは濃厚層に潜った開口を有する 仕切壁 Yによつて仕切られているときは、 その仕切壁 Y近傍の A室と B 室の流動化状態を比較して、 例えば A室側の流動化状態が B室側の流動 化状態より も強く保たれていれば、 流動媒体は仕切壁 Yの下端の開口を く ぐって B室側から A室側に流入移動する。 これは、 A室側の流動媒体 の相対的に強い流動状態の誘引作用によるとも言えるし、 B室側の相対 的に弱い流動状態による B室内の流動媒体の密度が A室側より も高いこ とによるとも言える。 また以上のよ うな各室間の流動媒体の移動がある 一つの箇所で生じたために崩れよう とする各室間のマスバランスの平衡 状態を保つよ うに、 他の鐘所で各室間の流動媒体の移動が生じる場合も める。

また、 1つの室を画成する仕切壁と しての、 または 1つの室内の仕切 壁と しての仕切壁 Xの上端と、 同じく仕切壁 Yの下端との相対的関係に ついて言えば、 上端を越えて流動媒体を移動させよう とする仕切壁 Xの その上端は、 下端を流動媒体を潜らせて移動させよう とする仕切壁のそ の下端より も、 鉛直方向上方に位置する ₌ このよ うに構成することによ つて、 その室に流動媒体を充填して流動化させたとき、 流動媒体の充填 量を適切に決めれば、 前記上端を流動床の界面近傍に位置させ、 かつ前 記下端を濃厚層に潜らせるように設定することができ、 仕切壁近傍の流 動化の強さを前述のように適切に設定することにより、 流動媒体を仕切 壁 Xあるいは仕切壁 Yに関して所定の方向に移動させることができる _c また、 仕切壁 Yによって仕切られる 2つの室間のガスの流通をなくすこ とができる。

以上のことを図 1の場合に当てはめて説明すれば、 チヤ一燃焼室 2 と 熱回収室 3 とは、 上端が界面の高さ近傍にあり下端が濃厚層に潜った仕 切壁 1 2で仕切られており、 仕切壁 1 2近傍のチヤ一燃焼室 2側の流動 化状態が、 仕切壁 1 2近傍の熱回収室 3側の流動化状態よ り も強く保た れている。 したがって、 流動媒体は仕切壁 1 2の上端を越えてチヤ一燃 焼室 2側から熱回収室 3側に流入移動し、 また仕切壁 1 2の下端をく ぐ つて熱回収室 3側からチヤ一燃焼室 2側に移動する。

また、 チヤ一燃焼室 2 とガス化室 1 とは、 下端が濃厚層に潜った第 1 の仕切壁 1 5により仕切られており、 仕切壁 1 5のチヤ一燃焼室側には. 上端が界面の高さ近傍にある仕切壁 1 4 と仕切壁 1 5を含む仕切壁で画 成された沈降チヤ一燃焼室 4が設けられ、 仕切壁 1 4近傍のチヤ一燃焼 室 2本体部側の流動化状態が、 仕切壁 1 4近傍の沈降チヤ一燃焼室 4側 の流動化状態より も強く保たれている = したがって、 流動媒体は仕切壁 1 4 の上端を越えてチヤ一燃焼室 2の本体部側から沈降チヤ一燃焼室 4 側に流入移動する。 このよ うに構成することにより沈降チヤ一燃焼室 4 に流入した流動媒体は少なく ともマスバランスを保つよ うに、 仕切壁 1 5の下端をく ぐって沈降チヤ一燃焼室 4からガス化室 1 に移動する。 こ のとき、 仕切壁 1 5近傍のガス化室 1側の流動化状態が、 仕切壁 1 5近 傍の沈降チヤ一燃焼室 4側の流動化状態より も強く保たれていれば、 誘 引作用によ り流動媒体の移動が促進される。

さ らにガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2本体部とは、 下端が濃厚層に潜つ た第 2の仕切壁 1 1で仕切られている。 沈降チヤ一燃焼室 4からガス化 室 1 に移動してきた流動媒体は、 さきのマスバランスを保つよ うに仕切 壁 1 1 の下端をく ぐってチヤ一燃焼室 2に移動するが、 このとき、 仕切 壁 1 1近傍のチヤ一燃焼室 2側の流動化状態が、 仕切壁 1 1近傍のガス 化室 1側の流動化状態よ り も強く保たれていれば、 さきのマスバランス を保つよ うにだけではなく 、 強い流動化状態により流動媒体はチヤ一燃 焼室 2側に誘引され移動する.：

図 1 の実施の形態では、 流動媒体の沈降をチヤ一燃焼室 2の一部であ る沈降チヤ一燃焼室 4で行わせているが、 同様な構成をガス化室 1 の一 部に、 具体的には開口 2 1 の部分に、 不図示のいわば沈降ガス化室とも いうべき形で設けてもよい。 即ち、 沈降ガス化室の流動化状態を隣接の ガス化室本体部のそれよ り も相対的に弱く して、 ガス化室本体部の流動 媒体が沈降ガス化室に仕切壁の上端を越えて流入し、 沈降した流動媒体 が開口 2 1 を通してチヤ一燃焼室に移動する。 このとき沈降チヤ一燃焼 室 4は、 沈降ガス化室と併設してもよいし、 設けなく てもよい。 沈降ガ ス化室を設ければ、 図 1 の場合と同様に、 流動媒体はチヤ一燃焼室 2か ら開口 2 5を通してガス化室 1 へ、 またガス化室 1 から開口 2 1 を通し てチヤ一燃焼室 2へと移動する。

熱回収室 3は全体が均等に流動化され、 通常は最大でも熱回収室に接 したチヤ一燃焼室 2の流動化状態よ り弱い流動化状態となるよ うに維持 される。 従って、 熱回収室 3の流動化ガスの空塔速度は 0〜 3 Umfの間で 制御され、 流動媒体は緩やかに流動しながら沈降流動層を形成する。 な おここで 0 Umfとは、 流動化ガスが止まつた状態である： このよ うな状態 にすれば、 熱回収室 3 での熱回収を最小にすることができる ₃ すなわち、 熱回収室 3は流動媒体の流動化状態を変化させることによって回収熱量 を最大から最小の範囲で任意に調節することができる- また、 熱回収室 3では、 流動化を室全体で一様に発停あるいは強弱を調節してもよいが、 その一部の領域の流動化を停止し他を流動化状態に置く こともできる し、 その一部の領域の流動化状態の強弱を調節してもよい。

各室間の仕切壁は基本的にはすべて垂直壁であるが、 必要に応じてせ り出し部を設けても良い ₌ 例えば図 2に示すよ う に、 仕切壁 1 2、 1 4 のチヤ一燃焼室 2の流動層の界面近傍に中心向きのせり出し部 3 2を設 けるよ うにしてもょレ、 ₌ これにより仕切壁近傍で流動媒体の流れ方向を 矯正し、 内部旋回流の形成を促進することもできる- また、 燃料中に含 まれる比較的大きな不燃物はガス化室 1 の炉底に設けた不燃物排出口 3 3から排出する。 また、 各室の炉底面は水平でも良いが、 図 2に示すよ うに、 流動媒体の流れの滞留部を作らないようにするために、 炉底近傍 の流動媒体の流れに従って、 炉底を傾斜させても良い- なお、 不燃物排 出口は、 ガス化室 1 の炉底だけでなく、 チヤ一燃焼室 2あるいは熱回収 室 3の炉底に設けてもよい。

ガス化室 1 の流動化ガスと して最も好ま しいのは生成ガスを昇圧して リサイクル使用することである ₃ このようにすればガス化室から出るガ スは純粋に燃料から発生したガスのみとなり、 非常に高品質のガスを得 ることができる。 それが不可能な場合は水蒸気等、 できるだけ酸素を含 まないガス （無酸素ガス） を用いるのが良い。 ガス化の際の吸熱反応に よつて流動媒体の層温が低下する場合は、 必要に応じて無酸素ガスに加 えて、 酸素も しく は酸素を含むガス、 例えば空気を供給して生成ガスの 一部を燃焼させるようにしても良い。 チヤ一燃焼室 2に供給する流動化 ガスは、 チヤ一燃焼に必要な酸素を含むガス、 例えば空気、 酸素と蒸気 の混合ガスを供給する。 また熱回収室 3 に供給する流動化ガスは、 空気、 水蒸気、 燃焼排ガス等を用いる。

ガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2の流動床の上面 （スプラッシュゾーンの 上面） よ り上方の部分すなわちフリーボ一 ド部は完全に仕切壁で仕切ら れている。 さ らに言えば、 流動床の濃厚層の上面よ り上方の部分すなわ ちスプラッシュゾーン及びフリ一ボー ド部は完全に仕切壁で仕切られて いるので、 図 3 A及び図 3 Bに示すよ うに、 チヤ一燃焼室 2 とガス化室 1 のそれぞれの圧力 P l， P2のバランスが多少乱れても、 双方の流動層の 界面の位置の差、 あるいは濃厚層の上面の位置の差、 即ち層高差が多少 変化するだけで乱れを吸収することができる： 即ち、 ガス化室 1 とチヤ —燃焼室 2 とは、 仕切壁 1 5で仕切られているので、 それぞれの室の圧 力 P l， P2が変動しても、 この圧力差は層高差で吸収でき、 どちらかの層 が開口 2 5の上端に下降するまで吸収可能である。 従って、 層高差で吸 収できるチヤ一燃焼室 2 とガス化室 1 のフリ一ボー ドの圧力差 （P I - P2又 は P2- P 1 ) の上限値は、 互いを仕切る仕切壁 1 5の下部の開口 2 5の上端 からの、 ガス化室流動床のヘッ ドと、 チヤ一燃焼室流動床のヘッ ドとの へッ ド差にほぼ等しい。

以上説明した実施の形態の統合型ガス化炉 1 0 1では、 一つの流動床 炉の内部に、 ガス化室、 チヤ一燃焼室、 熱回収室の 3つを、 それぞれ隔 壁を介して設け、 更にチヤ一燃焼室とガス化室、 チヤ一燃焼室と熟回収 2 δ 室はそれぞれ隣接して設けられている。 この統合型ガス化炉 1 0 1 は 2 塔循環方式の炉と違って、 チヤ一燃焼室とガス化室間に大量の流動媒体 循環を可能にしているので、 流動媒体の顕熱だけでガス化のための熱量 を充分に供給でき、 改良型加圧流動床炉を用いた発電システムの原則で ある 「できるだけ少量の、 且つ発熱量の高い生成ガスを得る」 ことが最 も容易に実現できる。

さ らに本発明の実施の形態では、 チヤ一燃焼ガスと生成ガスの間のシ ールが完全にされるので、 ガス化室とチヤ一燃焼室の圧力バランス制御 がうまく なされ、 燃焼ガスと生成ガスが混ざることがなく、 生成ガスの 性状を低下させることもない- また、 熱媒体と しての流動媒体とチヤ一はガス化室 1側からチヤ一燃 焼室 2側に流入するよ うになっており、 さ らに同量の流動媒体がチヤ一 燃焼室 2側からガス化室 1側に戻るよ うに構成されているので、 自然に マスバランスがとれ、 流動媒体をチヤ一燃焼室 2側からガス化室 1側に 戻すために、 コンペャ等を用いて機械的に搬送する必要もなく 、 高温粒 子のハン ドリ ングの困難さ、 顕熱ロスが多いといった問題もない。

以上説明したように、 本発明の実施の形態では、 図 1 に示すよ うに、 1つの流動床炉内に、 燃料の熱分解 · ガス化、 チヤ一燃焼、 及び層内熱 回収の 3つの機能を共存させ、 チヤ一燃焼室内の高温流動媒体を熱分解 • ガス化の熱源供給の熱媒体と してガス化室に供給する統合型ガス化炉 において、 前記ガス化室と熱回収室は仕切壁によって炉底から天井にわ たって完全に仕切る力 、 もしく は互いに接しないように配置し、 且つガ ス化室とチヤ一燃焼室は流動床の界面よ り上部においては完全に仕切壁 で仕切り、 該仕切壁近傍のガス化室側の流動化状態の強さとチヤ一燃焼 室側の流動化状態の強さとの相対的な関係を所定の関係に保つことによ つて、 当該仕切壁の炉底近傍に設けた開口部を通じて、 チヤ一燃焼室側 からガス化室側へ流動媒体を移動させるよ うに構成されている。 また、 ガス化室側からチヤ一燃焼室側へチヤ一を含んだ流動媒体を移動させる よ うに構成されている。

この実施の形態によれば、 ガス化室とチヤ一燃焼室は流動床の界面よ り上部においては完全に仕切壁で仕切られているので、 それぞれの室の ガス圧力が変動しても圧力バランスが崩れて燃焼ガスと生成ガスが混ざ るという問題を生じない。 このため、 ガス化室とチヤ一燃焼室の間に特 別な圧力バランス制御を必要と しない。 そして、 該仕切壁近傍のガス化 室側の流動化状態とチヤ一燃焼室側の流動化状態の強弱を所定の状態に 保つことによって、 当該仕切壁の炉底近傍に設けた開口部を通じて、 チ ャ一燃焼室側からガス化室側へ安定に流動媒体を大量に移動させること が出来る。 このため、 チヤ一燃焼室側からガス化室側への流動媒体の移 動に機械的な高温粒子のハンドリ ング手段を必要と しない。

上記統合型ガス化炉では、 前記チヤ一燃焼室内のガス化室に接した個 所に設けた弱流動化域を沈降チヤ一燃焼室と し、 炉底から流動床界面近 傍まで達する仕切壁によって、 他のチヤ一燃焼室と区分けして構成して もよく 、 また、 前記チヤ一燃焼室、 沈降チヤ一燃焼室、 ガス化室内にそ れぞれ強流動化域と弱流動化域を設け、 各室内に流動媒体の内部旋回流 を生じさせるよ うに構成してもょレ、 - さ らに以上の統合型ガス化炉では、 前記熱回収室をチヤ一燃焼室の強 流動化域に接するように配置し、 該熱回収室とチヤ一燃焼室は炉底近傍 に開口部を備え、 且つその上端が流動床界面近傍まで達する仕切壁で仕 切り、 且つ仕切壁近傍のチヤ一燃焼室側の流動化状態を熱回収室側の流 動化状態よ り も相対的に強く して流動媒体の循環力を生じさせるよ うに してもよく 、 また、 前記熱回収室を沈降チヤ一燃焼室の強流動化域に接 するよ うに配置し、 該熱回収室と沈降チヤ一燃焼室は炉底近傍に開口部 を備え、 且つその上端が流動床界面近傍まで達する仕切壁で仕切り、 且 つ仕切壁近傍の沈降チヤ一燃焼室側の流動化状態を熱回収室側の流動化 状態より も相対的に強く して流動媒体の循環力を生じさせるよ うにして もよい。

また、 前記ガス化室の流動化ガスと しては無酸素ガスを用いるが、 こ のいわゆる無酸素ガスと しては水蒸気等の全く酸素を含まないガスを用 レヽるようにしてもよレ、。

また、 前記ガス化室、 チヤ一燃焼室、 熱回収室の各室の炉底面を、 炉 底近傍の流動媒体の流線に沿って傾斜させてもよく 、 前記チヤ一燃焼室 内のガス化炉に接した弱流動化域の流動化状態を制御することによって. 該ガス化室の温度を調節するよ うに構成してもよい：

図 4は、 本発明を鉛直方向に中心軸線を有する円筒型の炉に適用した 場合の実施形態である 円筒形の統合型ガス化炉 1 0の炉内には外壁と 同心の円筒形の仕切壁 1 0 aが設けられており、 その仕切壁 1 0 a の内 側はチヤ一燃焼室 2を形成している。 その仕切壁 1 0 aの外側でチヤ一 燃焼室を取り巻く 円環形状の部分には沈降チヤ一燃焼室 4、 ガス化室 1、 熱回収室 3がそれぞれ扇形状 （ 2つの大小の同心円で形成される円環状 領域を 2つの半径で切り取った形状、 いわば扇子の紙の部分の形状） に 配置されている。 ガス化室 1、 熱回収室 3は、 それぞれ沈降チヤ一燃焼 室 4 を挟んで反対側に配置されている ₌ このよ うに円筒型に形成すると、 後で説明する図 1 1 に示す統合型ガス化炉のよ うに、 炉を圧力容器に収 容し易い。 なお統合型ガス化炉 1 0の基本的構造は、 加圧されている点、 また圧力容器 5 0に収容しゃすく配置されている点を除き、 図 1 のガス 化炉 1 0 1 と同様である。

図 5は、 図 4に示す実施形態の流動層部分の水平断面図である。 中央 部にチヤ一燃焼室 2、 周辺部にガス化室 1 、 その反対側に熱回収室 3が 設けられ、 ガス化室 1 と熱回収室 3の間に扇形の沈降チヤ一燃焼室 4が 2個所設けられている ₌. 扇形のガス化室 1の炉底に設けられた散気装置 も複数に分割されており、 扇形の両端部は空塔速度を早く した強流動化 域 1 bが、 中央部には空塔速度を相対的に遅く した弱流動化域 1 aが設 けられ、 ガス化室内の流動媒体も強流動化域で吹き上がり、 弱流動化域 で沈降する内部旋回流を形成している。 この旋回流によつてガス化室に 投入された燃料 Fがガス化室 1 内の全面に広く拡散し、 ガス化室が効果 的に利用できる。

ガス化室 1 の流動化ガスは主に生成ガスをリサイクルして用いたり、 水蒸気や燃焼排ガスといった酸素を含まないガスを用いる ₌ しかしなが ら、 ガス化室の温度が下がりすぎるよ うな場合には、 必要に応じて酸素 もしく は酸素を含んだガス、 例えば空気を混入させても良い ガス化室 1 とチヤ一燃焼室 2の仕切壁 1 1 には炉底付近に開口部 2 1が設けられ ており、 その開口部 2 1 以外は天井にわたって完全に仕切られている。 ガス化室 1で熱分解、 ガス化を終えた燃料 Fがその開口部を通ってチヤ 一燃焼室 2側へ流出する。 開口 2 1 はガス化室 1の全面にわたって設け ても良いが、 弱流動化域に限って設けても良い。 尚、 図 5において黒い 矢印は炉底部の仕切壁開口部等を介した沈降流による流動媒体の移動経 路を示し、 灰色の矢印は仕切壁上端部等を乗り越えた上昇流による流動 媒体の移動経路を示す ₃

ガス化室 1 の運転温度は燃料によつて最適温度に調節することができ る。 石炭のよ うに比較的ガス化率が低く 、 チヤ一の発生が多い燃料の場 合はガス化室の温度を 800〜900°Cに保つことによって、 高いガス化率を 得ることができる。 また、 都巿ごみのよ うに、 殆どチヤ一を発生しない 燃料の場合は層温を 350〜450^eCに保つことによつて脱塩作用は維持しつ つ、 揮発分の放出速度を抑えた安定した運転を行なう こ とができる： チヤ一燃焼室 2の炉底に設けられた散気装置は中央部と周辺部とに分 割されており、 中央部が弱流動化域 2 a、 周辺部が強流動化域 2 b とな るよ うに散気している。 強流動化域 2 bは流動媒体が吹き上がる上昇流 動層を、 弱流動化域 2 a は逆に流動媒体が下降する沈降流動層を形成し、 全体と して内部旋回流を形成している。

チヤ一燃焼室 2はチヤ一燃焼を完結させ、 且つガス化室 1への顕熱供 給を容易にするため、 できるだけ高温に維持するのが良く、 層温は 900 C 近辺に維持するのが望ま しい。 一般に内部で発熱反応が生じる流動層燃 焼の場合、 900 C近辺での運転ではアグロメ形成の危険性が高まるが、 上 記実施形態の場合はチヤ一燃焼室内の旋回流によつて熱拡散、 チヤー拡 散が促進され、 アグロメ形成のない安定したチヤ一燃焼が可能になる。 ここで、 アグロメ とは、 流動媒体や燃料の灰分が溶融して固化したかた まりのことをいう。

沈降チヤ一燃焼室 4は沈降流動層を形成すべく 、 全体と して弱流動化 状態とするのが望ましいが、 図 4に示すよ うに、 沈降チヤ一燃焼室 4内 部には熱拡散を促進するために弱流動化域 4 a と強流動化域 4 bを設け、 ガス化室に接した側が沈降流動層になるよ うに内部旋回流を形成しても 良い。

この実施形態において、 沈降チヤ一燃焼室と熱回収室との間の仕切壁 1 6は、 図 4に示すよ うに下端が炉底に接しており、 上端は流動層の界 面よ り もかなり高い位置まであり、 沈降チヤ一燃焼室 4 と熱回収室 3 と の間の流動媒体の流れを防止している。 何故なら、 石炭のよ うに固定炭 素の多い燃料については、 沈降チヤ一燃焼室からガス化室に流入する流 動媒体はできるだけ高温であるほうが望ま しく 、 熱回収室 3で冷却され た流動媒体が混合すること、 およびガス化室 1 に流入すべき高温の流動 媒体が、 熱回収室 3へ流入することは好ましく ないからである- 但し、 本発明をごみのガス化燃焼に供する場合は仕切壁 1 6の上端は 流動層界面の近傍までと し、 炉底付近には開口を設け、 沈降チヤ一燃焼 室 4 と熱回収室 3の間の流動媒体循環を生じさせても良い。 何故ならご みのよ うにチヤ一生成割合の低い燃料の場合、 ガス化室の温度を下げて ガス化率を低下させないと、 チヤ一燃焼室内の燃焼温度が不足してしま うからである。 このような場合には、 図 6に示すように、 熱回収室 3の 炉底の散気装置を分割し、 且つ熱回収室 3を仕切り壁 1 6 a にて仕切り、 1つはチヤ一燃焼室用、 も う一つは沈降チヤ一燃焼室用にすることで、 チヤ一燃焼室とガス化室の温度をそれぞれ独立に制御することが可能に なる。 この時、 沈降チヤ一燃焼室 4の炉底の散気装置についても熱回収 室に接した部分が強流動化域 4 bを形成するよ うに分割するのが良い。 熱回収室 3 には放射状に層内伝熱管 4 1 が配置されており、 チヤ一燃 焼室 2から仕切壁 1 2を越えて流入した流動媒体はそこで冷却され、 仕 切壁 1 2の下部の開口部 2 2から再びチヤ一燃焼室 2に戻るが、 周辺部 に向かって層内管ピッチが広がっていることにより、 流動媒体が層内管 群を流れる際の抵抗が周辺部の方が小さい： このため、 チヤ一燃焼室 2 から流入した流動媒体は周辺部にも均一に分散し、 熱回収室 3の容積全 体を有効に利用できるので、 全体と してコンパク トな構造となる。

図 7は、 本発明の矩形炉での実施形態である。 本発明を常圧で実施す る場合は、 特にガス化炉外壁を耐圧構造にする必要はないので、 このよ うな矩形炉が製作の面からも好適である

燃料の種類によつてガス化炉の温度を下げて運転するほうが好ましい 場合には、 図 7に示すよ うに前述の円筒型炉と同様、 熱回収室 3 をチヤ 一燃焼室用と沈降チヤ一燃焼室用にそれぞれ仕切壁 1 3、 1 6で仕切り ガス化室 1 に供給する流動媒体の温度をチヤ一燃焼室 2の温度と独立し て制御できるよ うにするのが良い。

また図 7に示すよ うに矩形炉に適用した場合、 チヤ一燃焼室 2の弱流 動化域と熱回収室 3 とが接した部分の流動媒体は双方が共に弱流動化状 態であるため、 明確な移動方向が定まらず、 熱媒体と して有効に機能し ない場合がある。 このよ うな場合は図 8に示すよ うに、 その部分を炉外 に開放し、 例えばリサイ クルチヤ一の供給口を設けるなど、 有効に利用 しても良い。

図 9は、 常圧の流動床炉に本発明を適用した実施形態である。

この実施形態においては燃料中に塩素を含んでいても、 前述同様、 熱 回収室 3 に配された層内伝熱管 4 1 やチヤ一燃焼室フリ一ボー ド部の伝 熱管 4 2は殆ど塩素と接触することがないため、 蒸気温度を従来のごみ 焼却炉の最高蒸気温度である 350^eC以上はもちろん、 500 以上にまで高 めることができる。 またチヤ一燃焼室 2からガス化室 1側に燃焼ガスが 吹き込む場所は、 燃焼ガス中の残酸素が可燃ガスと反応して高温になる ので、 チヤ一の燃焼、 石灰石の脱炭酸化が促進され、 燃焼効率、 脱硫効 率を向上させることができる ₌ この時、 チヤ一燃焼室 2からガス化室 1 へ吹き込む際の圧力損失分は、 約 200〜400mmAq程度となるが、 仕切壁 1 5の下端から流動床の界面までの流動層のへッ ドは通常 1500〜2000mmAq 以上であるこ とから、 図 3 A及び図 3 Bに示すようにガス化室の層高が チヤ一燃焼室の層高よ り若干層高が低く なるだけで自然に圧力差を維持 することができ、 特別な制御は不要である：

図 1 0は、 本発明の統合型ガス化炉から発生したガスを用いて灰を溶 融する場合のプロセスフローである。 この実施形態においては、 常圧の 炉体 1 0内にガス化室 1 、 チヤ一燃焼室 2、 熱回収室 3、 沈降チヤ一燃 焼室 4等を備え、 流動媒体を大量にこれらの各室を循環させることで、 安定な運転を可能ならしめることは、 上述の各実施形態と同様である。 この実施形態においては、 ガス化室 1 の熱分解ガスの一部は高温溶融炉 5 4 に導入され、 灰の溶融熱処理に利用される。 残りの熱分解ガスは、 チヤ一燃焼ガスと共に、 排熱ボイラで熱を取り、 バグフィルタで除塵し た後、 排気される。

図 1 1 は、 本発明の統合ガス化炉を複合サイクル発電システムに利用 した場合の実施形態を示す。

本発明の統合型ガス化炉 1 0が圧力容器 5 0の中に配され、 加圧下で 運転される。 ガス化炉 1 0の外壁が圧力容器を兼ねた一体構造であって も良い。 ガス化室 1 で発生した可燃ガスの一部は常圧の高温溶融炉 5 4 に供給され、 灰の溶融熱と して利用される。 残りの可燃ガスはチヤ一燃 焼ガスと共に高温集塵機 5 1で脱塵された後、 本発明の助燃室と しての トッピングコンパスタ 5 3に導かれ、 本発明のエネルギー回収装置と し てのガスタービン部 5 5に供給するための高温ガスを生成する。 ガスタ —ビン部 5 5は、 通常のガスタービンの出力タービン部と同様の装置で あり、 パワーリカバリータービンとも呼ばれるものである _c

チヤ一燃焼室 2の上部には必要に応じて伝熱管 4 2を設置しても良い: 燃料中に塩素が含まれている場合でも、 塩素はガス化室 1 で発生する生 成ガス側にほとんど含まれてしまうので、 本実施形態におけるチヤ一燃 焼ガスは殆ど塩素を含まない。 したがって、 伝熱管 4 2は蒸気過熱器と して 5 0 0 °C以上の蒸気過熱に用いることができる。 熱回収室 3内に配 置された層内伝熱管 4 1 は伝熱管 4 2より もさ らに腐食環境ではないの で、 蒸気過熱器と しては伝熱管 4 2 より も高温にまで対応できる。 燃料 中の塩素濃度が比較的高い場合は、 可燃ガス側の塩素濃度も高く なるの で、 可燃ガスの全量を高温溶融炉 5 4側に導き、 トッピングコンパスタ 5 3 、 ガスタービン部 5 5の腐食を防止する ₌

図 1 1 に示す、 加圧流動床炉による発電システムは、 まず加圧ガス化 炉で石炭をガス化し、 発生した未燃カーボン （いわゆるチヤ一） を加圧 チヤ一燃焼室 2で燃焼するが、 このチヤ一燃焼室 2からの燃焼ガスとガ ス化室 1 からの生成ガスをそれぞれ高温集塵機 5 1、 5 2でク リ一ニン グした後、 ト ッピングコンパスタ 5 3で混合燃焼させて高温ガスを得て. ガスタービン部 5 5を駆動する, ₌ 高温集塵機 5 1、 5 2 と しては、 セラ ミ ックフィルター、 耐熱合金を用いた金属フィルタ一あるレ、はサイクロ ンセパレ一ター等が用いられる。

この加圧流動床炉による発電システムにおいて重要なことは、 如何に ガスタービン部 5 5への流入ガスの温度をガスタービン側で決まる許容 最高温度まで高められるかであるが、 これを制約する条件と して最も大 きいものが生成ガスのク リ一二ングである。 ここでク リ一二ングとは、 例えば脱硫である。 脱硫は例えばガスタービン部のタービン翼の保護の ために必要である。

生成ガスのク リ一二ングは還元雰囲気での脱硫反応の最適温度の関係 上、 通常 4 5 0 ^eC程度まで冷却する必要がある。 これに対して、 ガスタ 一ビンの入り 口ガス温度は高いほど効率が高まるので、 できるだけ高温 にすべきである。 現状ではガスタービン構成材料の耐熱性、 耐食性の制 約から、 1 2 0 0 °C弱にまで高めるのが一般的である。 即ち、 ガスク リ 一二ングの温度 4 5 0 °Cからガスタービン入り 口温度の 1 2 0 0 °Cまで ガスの温度を上げられるだけの発熱量を有することが生成ガスには要求 される。 なお、 図 1 1 には不図示であるが、 ガス化室 1 と高温集塵器 5 2 との間のガス経路には、 生成ガスクーラが設けられガスを例えば 4 5 0 °C程度まで冷却し、 さ らに典型的には脱硫装置も設けられる： これは ガスタービンの翼の保護のために行われる ₃ なお、 チヤ一燃焼室からの ガス経路にはガスクーラや脱硫装置は通常は不要である。 それは、 炉内 には石灰石が投入されまた石灰石は流動媒体と共に循環しており、 チヤ —燃焼室 2はまた酸素の存在する酸化雰囲気にあるので、 硫黄分は C a

S O 4 と して除去されるからである。

従って、 改良型の加圧流動床炉による発電システムにおいては、 でき るだけ少量で、 且つ単位発熱量の高い生成ガスを得る方向でシステムの 開発が進められるべきである。 何故ならば、 4 5 0 °Cでク リーニングす べき生成ガス量が減れば、 冷却による顕熱ロスが减り、 且つ生成ガスに 求められる最低必要発熱量も低く て済む ₌ 更に生成ガスの発熱量がガス タ一ビン入り 口の所要のガス温度に上昇させるのに必要な発熱量以上で あれば、 燃焼空気比を上げてガスタ一ビンに流入するガス量を増加させ ることができるので、 更なる発電効率の向上を期待できるからである。 図 1 1 のシステムでは、 チヤ一燃焼室 2からの燃焼ガスはセラ ミ ック フィルタ一等の高温集塵器 5 1で集塵、 脱塵された後、 タービン部 5 5 に導かれ動力が回収される。 このとき、 燃焼ガスは直接タービン部 5 5 に導いてもよいが、 この燃焼ガスの温度はあま り高く ないので、 動力回 収の効率は必ずしも高く はない- そこで、 集塵器 5 1 からの燃焼ガスは トッピングコンパスタ 5 3に導く。 一方、 ガス化室 1 から導き出された 生成ガス （可燃ガス） は、 セラミ ックフィルタ一等の集塵器 5 2で集塵、 脱塵された後、 トッピングコンパスタ 5 3に導かれ、 こ こで燃焼される ₍ さきに述べたチヤ一燃焼室からの燃焼ガスにとっては助燃という ことに なる。 この燃焼熱により、 チヤ一燃焼室からの燃焼ガス （及び助燃に用 いられた生成ガスの燃焼ガス） は 1 2 0 0 ^:C (出カタ一ビン部の耐熱温 度によっては 1 3 0 0 Cも可能） 程度の高温ガスとなる。 この高温ガス を出力タービン部 （動力回収装置） 5 5に供給する。 このよ う な装置に おいては、 チヤ一燃焼室 2 と トツピングコンパスタ 5 3 を合わせたもの が、 通常のガスタービンの燃焼器に相当する。

そして出力タービン部の回転軸に減速機を介して、 あるいは直接連結 された発電機 5 7を駆動し、 電力を発生する： なお、 図 1 1 の実施の形 態では、 出力タービン部 5 5の回転軸には圧縮機 （典型的には軸流空気 圧縮機） 5 6が直結されており、 圧縮空気を発生する： この圧縮空気は. 主と してチヤ一燃焼室 2の燃焼空気と してチヤ一燃焼室 2に供給される _c また一部はト ッピングコ ンパスタ 5 3に供給される。 もっとも トツピン グコ ンパスタ 5 3では、 通常は、 チヤ一燃焼室 2からの排ガス中に残る 酸素で生成ガスを燃焼させることができる。 なお、 この実施の形態では. 圧力容器 5 0内は 5〜1 0 k g Z c m ² 程度に加圧される。 圧力容器 5 0内は、 出力タービン部 5 5の仕様に合わせて、 例えば 3 0 k g Z c m ² 程度にまで加圧してもよい。

図 1 1 の実施の形態では、 出力ガスタービン部 5 5には、 チヤ一燃焼 室 2からの燃焼ガスとガス化室 1からの生成ガスとを導くため、 これら を一度混合する予混合室と しても トツピングコンパスタ 5 3が必要であ るが、 出力ガスタービン部 5 5に、 ガス化室 1からの生成ガスだけを導 く ばあいには、 後で説明する図 1 4 のガスタービン 1 0 9に付属する燃 焼器 1 0 5に直接生成ガスを導入してもよい。 ガス化室 1からの生成ガ スだけを導く ばあいは、 熱量の高いガスを燃料と してガスタービン 5 5 を運転することができる。

また、 出力タービン部 5 5から排出された排気ガスは経路 1 2 5を通 つて廃熱ボイラ 5 8に導かれ、 その後排気ガス経路 1 2 8を通って不図 示の脱硫、 脱硝装置等を介して、 不図示の煙突から放出される _c

一方、 廃熱ボイラ 5 8では排気ガスの熱を回収して、 水蒸気を発生す る。 この水蒸気は水蒸気配管 1 2 7を通って、 蒸気タービン 1 1 2に供 給され、 蒸気タービン 1 1 2の回転軸に減速機を介して、 あるいは直接 連結された発電機 1 1 3を駆動し、 電力を発生する。 蒸気タービン 1 1 2に供給される水蒸気には、 伝熱管 4 1 、 4 2からの水蒸気を含めても よい- 図 1 2は、 本発明の統合型ガス化炉を複合サイクル発電システムに利 用した場合の他の実施形態を示す ₌

石炭のよ うに比較的発熱量の高い燃料の場合、 高温溶融炉を完全燃焼 状態と しなく とも溶融に充分な温度にまで上げることができるので、 こ のよ うな場合には高温溶融炉 5 4の代わりに高温ガス化炉 6 0を配置し . ガスを生成するのが効果的である。 高温ガス化炉と してはガスもスラグ も下方に流下させ、 ガスの熱でスラグを過熱し、 スラグの冷却による流 動不良を防止しながらガスを一度水にく ぐらせて急冷するタイプのガス 化炉が好適である。 何故なら、 このよ うにして得られた生成ガスは塩素 を殆ど含まず、 化学原料にはもちろんのこと、 ガスタービン燃料と して も利用することが可能だからである。 図 1 1 の場合と同様に、 図 1 2の 実施の形態においても、 トッピングコンパスタ 5 3には、 出力ガスタ一 ビン部 5 5が接続されており、 さらに空気圧縮機 5 6、 廃熱ボイラ 5 8 が設置されている。 さらに図 1 1 の場合と同様に、 蒸気タービン 1 1 2 と発電機 1 1 3により動力回収が図られている。

図 1 3を参照して、 本発明の常圧型の統合型ガス化炉 （常圧 I C F G ) に動力回収装置を備えた場合の一実施の形態を説明する。 これはい わゆる I C F G複合発電システムと呼ばれるシステムである。 例えば図 1 で説明した統合型ガス化炉 1 0 1 のガス化室 1 に接続した、 生成ガス を導き出す生成ガス経路 1 2 1 、 経路 1 2 1 に沿って配置された生成ガ スクーラ 1 0 2、 チヤ一コレクタ 1 0 3がこの順番で配置されている。 チヤ一コレクタ 1 0 3の下部には収集されたチヤ一をチヤ一燃焼室 2に 戻す導管 1 2 2が接続されている。 またチヤ一コレクタ 1 0 3にはチヤ 一を分離されク リーンになった生成ガスをガスタービンの燃焼室 1 0 5 に導く導管 1 2 3が接続されている- 導管 1 2 3の途中には生成ガス圧 縮機 1 0 4が設けられている。 圧縮機 1 0 4は、 ほぼ大気圧である常圧 でガス化炉から発生されたガスを、 出力タービン部 1 0 6が要求する圧 力まで昇圧するためのものである。 圧縮機 1 0 4は、 ガスの流量及び吐 出圧力に応じて、 往復動型の圧縮機であってもよいし、 遠心式圧縮機と してもよい。 圧縮するガスはガス化室で発生した生成ガス、 即ち比較的 少量で高い熱量の燃料であるので、 圧縮機 1 0 4の動力をいたずらに大 きくすることがない。

このよ うにこの実施の形態では、 第 1のエネルギー回収装置と しての ガスタービン 1 0 9では、 チヤ一燃焼室 2からの燃焼ガスから独立して. ガス化室 1 で発生した熱量の高い生成ガスのみを燃料と して用いる。 即 ち、 チヤ一燃焼室 2からの燃焼ガスと混合することなく 、 またその燃焼 ガスを加熱するのに用いるよ うなこともなく、 その燃焼ガスから独立し て、 燃料と して第 1 のエネルギー回収装置に導かれ用いられる。

出力タービン部 1 0 6 の回転軸には、 空気圧縮機 1 0 7が直結されて おり、 空気圧縮機 1 0 7によ り供給される空気と圧縮機 1 0 4で圧縮さ れた生成ガスとが、 燃焼器 1 0 5中で燃焼し、 1 2 0 0 °C程度の高温の 燃焼ガスとなり、 出力ガスタービン部 1 0 6に供給され動力を発生する: また出カタ一ビン部 1 0 6の回転軸には、 減速機を介してあるいは直接 に発電機 1 0 8の回転軸が連結されており、 電力という形で動力が回収 できるように構成されている。 出力タービン部 1 0 6からの燃焼ガス (排ガス） は経路 1 2 5を通して排出される。

一方チヤ一燃焼室 2及び熱回収室 3からの燃焼ガス （排ガス） は、 熱 回収すべき顕熱は有するが、 燃料と しての発熱量は含んでおらず、 動力 回収すべき圧力も有さない。 このガスは、 経路 1 2 4を通して排出され る。 経路 1 2 4 と経路 1 2 5 とは、 合流して経路 1 2 6 となり、 廃熱ボ イラ 1 1 1 に導かれる。 ここで排ガスからの熱によ り水蒸気が発生され. その水蒸気は水蒸気配管 1 2 7を通して蒸気タービン 1 1 2に導かれる: 蒸気タービン 1 1 2の回転軸には、 減速機を介してあるいは直接的に発 電機 1 1 3 の回転軸が連結されており、 電力という形で動力回収がされ る。

廃熱ボイラ 1 1 1で熱を回収され、 温度の下がった燃焼ガス （排ガ ス） は経路 1 2 8を通って、 必要に応じて、 脱硫装置、 脱硝装置、 脱塵 装置のうち 1以上の装置を経由してク リ ーンになった後、 煙突 1 1 5 か ら放出される。

なお、 図 1 5に示すよ うに、 本発明の実施の形態の統合型ガス化炉 1 0または 1 0 1 は、 新設の排ガス （廃熱） ボイラ 1 1 1 に限らず、 既設 のボイラ 1 3 1 に接続して設けてもよい。 このときは、 既設ボイラの必 要とする燃料の量と統合型ガス化炉 1 0 1 の供給する生成ガス及び燃焼 ガスとの差分は、 例えば微粉炭等の別燃料を、 燃料供給路 1 3 2を通し て供給することで補ってもよい。 このよ うにして、 費用をかけずに生成 ガスから高効率で動力を回収し、 且つ排ガスに残されたエネルギーを回 収する装置を構成することができる。 このよ う に構成すれば、 発生する 電力等のエネルギーに対して相対的に C O 2 ガス排出量の多い既設のボ イラを、 高効率のシステムに改造することができる。 すなわちリパヮ リ ングである。

以上の実施の形態では、 エネルギー回収装置である動力回収装置と し てはガスタービンの出力タービン部 1 0 6を用いたが、 燃料と しての生 成ガスの発生量によってはガス燃料式のディーゼルエンジンを用いても よい。

図 1 4を参照して、 本発明の加圧型の統合型ガス化炉に動力回収装置 を備えた場合の一実施の形態を説明する。 これは、 図 1 3のほぼ大気圧 で運転される常圧型に対して、 統合型ガス化炉 1 0が圧力容器 5 0の中 に配され、 大気圧より高い圧力に加圧された加圧下で運転される。 その 点は図 1 1で説明したのと同様である。 ガス化室 1 が加圧下にあるので. 生成ガスをガスタービン 1 0 9に供給するにあたって、 図 1 3 の形態と 異なり、 ガス圧縮機 1 0 4を要しない。 したがって、 経路 1 2 3にガス 圧縮機 1 0 4が設けられていない。 ただし、 特にガスタービンと して標 準のガスタ一ビンを用い、 その運転圧力が加圧型の統合型ガス化炉の圧 力よ り も高い場合には、 その圧力差を補償する分だけ昇圧するガス圧縮 機を設ける。 このよ うなガス圧縮機の圧縮比は通常よ り小さくて済む。

また、 チヤ一燃焼室 2からの燃焼ガスは、 大気圧よ り高い圧力を有し ているので、 これを経路 1 2 4を通してセラミ ックフィルタ一等の集塵 器 1 1 0に導き、 ク リーンにした後、 第 2のエネルギー回収装置と して のパヮ一リカノくリータービン 1 4 1 に供給する。 パワーリカバリ一ター ビン 1 4 1の構造は、 通常のガスタ一ビンの出カタ一ビン部と同様であ る。 パヮ一リ カバリータービン 1 4 1 の回転軸には、 空気圧縮機 （典型 的には軸流圧縮機） 1 4 2が通常は直結されており、 圧縮機 1 4 2で作 られた圧縮空気は、 チヤ一燃焼室 2や熱回収室 3の炉内流動空気と して 利用される。 また、 パワーリカバリ一タービン 1 4 1 の回転軸には、 発 電機 1 4 3が減速機を介して、 あるいは直接連結されており、 電気エネ ルギーを発生する。

パワーリカバリータービン 1 4 1 で圧力エネルギーを回収された後の 排ガスは、 経路 1 3 1 を通って排出され、 出カタ一ビン部 1 0 6からの 排ガス経路 1 2 5 と合流して、 廃熱ボイラ 1 1 1 に導かれる。 その他は. 図 1 3の実施の形態と同様であるので、 重複した説明は省略する。

なお、 図 1 6に示すよ うに、 図 1 4の場合の廃熱ボイラ 1 1 1 を、 既 設の微粉炭を燃料とするよ うなボイラと してもよい。 これは、 図 1 3の 実施の形態に対する図 1 5の実施の形態の関係と同様である。

以上のように本発明によれば、 ガス化室ではチヤ一燃焼室から流入す る高温の流動媒体で形成される流動床内で燃料がガス化されるため、 ガ ス化室から出るガスは純粋に燃料から発生したガスか、 もしく は燃料か ら発生したガスとガス化室の流動化に最低限必要な流動化ガスとの混合 ガスがほとんどであり、 発熱量が高い。 しかもチヤ一燃焼ガスと生成ガ スとが混ざることがないので、 発熱量の高いガスを得ることができ、 そ のよ うな生成ガスからエネルギー回収装置を用いて高効率で動力等のェ ネルギーを回収することができる ₌

チヤ一燃焼ガスと混合してガスタービン等、 動力回収装置に代表され るエネルギー回収装置に導く高温ガスを容易に得ることができ、 発電等 エネルギー回収効率の向上が可能になる。 また、 燃料が揮発分割合の大 きく異なる多様な燃料であっても、 チヤ一燃焼室やガス化室の温度の制 御が自在にできるので、 設備の改造を行なう ことなく対応できる。

また、 塩素を含む都市ごみのような燃料を利用する場合でも、 燃料中 の塩素の殆どはガス化室でガス側に放出され、 チヤ一燃焼室に流入する チヤ一中には殆ど残留しない。 このため、 チヤ一燃焼室、 熱回収室のガ ス中の塩素濃度は著しく低いレベルに維持され、 熱回収室に配置した層 内管を過熱器管と して高温の蒸気回収を行なっても、 高温腐食の危険性 は殆どなく、 動力回収装置と相まって高効率のエネルギー回収が可能に なる。 産業上の利用の可能性

本発明は、 石炭や都市ごみ等の燃料をガス化して燃焼し、 且つそのェ ネルギーを回収するシステムに有用である。

Claims

請求の範囲

1 . 高温の流動媒体を内部で流動させ、 界面を有するガス化室流動床を 形成し、 前記ガス化室流動床内で燃料をガス化するガス化室と ； 高温の流動媒体を内部で流動させ、 界面を有するチヤ一燃焼室流動床 を形成し、 前記ガス化室でのガス化に伴い発生するチヤ一を前記チヤ一 燃焼室流動床内で燃焼させ前記流動媒体を加熱するチヤ一燃焼室と ； 前記ガス化室で発生したガスを燃料と して用いる第 1 のエネルギー回 収装置とを備え ；

前記ガス化室と前記チヤ一燃焼室とは一体に構成されており ； 前記ガス化室と前記チヤ一燃焼室とは、 前記それぞれの流動床の界面 より鉛直方向上方においてはガスの流通がないように第 1 の仕切壁によ り仕切られ ；

前記第 1 の仕切壁の下部には前記ガス化室と前記チヤ一燃焼室とを連 通する第 1の開口部が設けられており、 前記第 1の開口部を通じて、 前 記チヤ一燃焼室側から前記ガス化室側へ前記チヤ一燃焼室で加熱された 流動媒体を移動させるよ うに構成された ；

燃料のガス化システム。

2 . さらに、 前記ガス化室と前記チヤ一燃焼室とは、 前記それぞれの流 動床の界面よ り鉛直方向上方においてはガスの流通がないよ うに第 2の 仕切壁によ り仕切られ ；

前記第 2の仕切壁の下部には前記ガス化室と前記チヤ一燃焼室とを連 通する第 2の開口部が設けられており、 前記第 2の開口部を通じて、 前 記ガス化室側から前記チヤ一燃焼室側へ流動媒体を移動させるように構 成された ；

請求項 1 に記載の、 燃料のガス化システム。

3 . 前記ガス化室及び前記チヤ一燃焼室と一体に構成された熱回収室を 備え ；

前記ガス化室と前記熱回収室とは、 直接的なガスの流通がないよ うに 仕切るか、 または互いに接しないよ うに配置した、 請求項 1 または請求 項 2に記載の、 燃料のガス化システム。

4 . 前記第 1 のエネルギー回収装置で燃料と して用いた後のガスと、 前 記チヤ一燃焼室からの燃焼ガスとを導入するボイラを備えることを特徴 とする ；

請求項 1乃至請求項 3のいずれか 1項に記載の、 燃料のガス化システ ム。

5 . 前記ガス化室及びチヤ一燃焼室が大気圧よ り高い圧力に加圧される よ うに構成され ；

前記チヤ一燃焼室からの燃焼ガスにより駆動される第 2のエネルギー 回収装置を備え ；

前記第 1のエネルギー回収装置で燃料と して用いた後のガスと、 前記 第 2のエネルギー回収装置からの燃焼ガスとを導入するボイラを備える ことを特徴とする ；

請求項 1乃至請求項 3のいずれか 1項に記載の、 燃料のガス化システ ム。

6 . 高温の流動媒体を内部で流動させ、 界面を有するガス化室流動床を 形成し、 前記ガス化室流動床内で燃料をガス化するガス化室と ； 高温の流動媒体を内部で流動させ、 界面を有するチヤ一燃焼室流動床 を形成し、 前記ガス化室でのガス化に伴い発生するチヤ一を前記チヤ一 燃焼室流動床内で燃焼させ前記流動媒体を加熱すると と もに燃焼ガスを 発生させるチヤ一燃焼室と ；

前記ガス化室で発生したガスを燃焼させ、 前記チヤ一燃焼室で発生す る前記燃焼ガスを加熱する助燃室と ；

前記助燃室で加熱された燃焼ガスからエネルギーを回収するエネルギ 一回収装置とを備え ；

前記ガス化室と前記チヤ一燃焼室とは一体に構成され、 かつ大気圧よ り高い圧力に加圧されるよ うに構成されており ；

前記ガス化室と前記チヤ一燃焼室とは、 前記それぞれの流動床の界面 より鉛直方向上方においてはガスの流通がないように第 1 の仕切壁によ り仕切られ ；

前記第 1 の仕切壁の下部には前記ガス化室と前記チヤ一燃焼室とを連 通する第 1の開口部が設けられており、 前記第 1 の開口部を通じて、 前 記チヤ一燃焼室側から前記ガス化室側へ前記チヤ一燃焼室で加熱された 流動媒体を移動させるよ うに構成された ；

燃料のガス化システム：.

7 . さ らに、 前記ガス化室と前記チヤ一燃焼室とは、 前記それぞれの流 動床の界面よ り鉛直方向上方においてはガスの流通がないよ うに第 2の 仕切壁により仕切られ ；

前記第 2の仕切壁の下部には前記ガス化室と前記チヤ一燃焼室とを連 通する第 2の開口部が設けられており、 前記第 2の開口部を通じて、 前 記ガス化室側から前記チヤ一燃焼室側へ流動媒体を移動させるよ うに構 成された ；

請求項 6に記載の、 燃料のガス化システム ₌

8 . 前記ガス化室及び前記チヤ一燃焼室と一体に構成された熱回収室を 備え ；

前記ガス化室と前記熱回収室とは、 直接的なガスの流通がないよ うに 仕切るか、 または互いに接しないよ うに配置した、 請求項 6または請求 項 7に記載の、 燃料のガス化システム。

9 . 前記エネルギー回収装置でエネルギーを回収された後のガスを導入 するボイラを備えることを特徴とする ；

請求項 6乃至請求項 8のいずれか 1項に記載の、 燃料のガス化システ ム。

1 0 . 前記ボイラは、 前記導入されるガスの他に、 別燃料を燃焼させる よ う に構成することを特徴とする、 請求項 4、 請求項 5及び請求項 9の いずれかに記載の、 燃料のガス化システム。

1 1 . 既設のボイラを提供する工程と ；

前記既設のボイラに燃焼ガスを供給する、 請求項 1乃至請求項 3 、 請 求項 6乃至請求項 8のいずれか 1項に記載の、 燃料のガス化システムを 提供する工程とを備える ；

既設のボイラをリパヮ リ ングする方法。

1 2 . 1つの流動床炉内に、 燃料の熱分解 ， ガス化を行なうガス化室と チヤ一燃焼を行なうチヤ一燃焼室と、 及び層内熱回収を行なう熱回収室 とを備え、 チヤ一燃焼室内の高温流動媒体を熱分解 · ガス化の熱源供給 の熱媒体と してガス化室に供給する統合型ガス化炉において、 ； 前記ガス化室と熱回収室は仕切壁によって炉底から天井にわたって完 全に仕切るか、 もしく は互いに接しないよ うに配置し、 ；

ガス化室とチヤ一燃焼室は流動床の界面よ り上部においては完全に仕 切壁で仕切り、 当該仕切壁の炉底近傍に開口部を設け、 ；

該開口部を通じて、 チヤ一燃焼室側からガス化室側へ流動媒体を移動 させることを特徴とする統合型ガス化炉。

1 3 . 前記仕切壁に接したチヤ一燃焼室側に沈降チヤ一燃焼室を設け、 該沈降チヤ一燃焼室を弱流動化域と し、 ；

前記仕切壁に接したガス化室側を強流動化域と し、 ：

これによ りチヤ一燃焼室側からガス化室側へ流動媒体を移動させるこ とを特徴とする請求項 1 2に記載の統合型ガス化炉。

1 4 . ガス化室とチヤ一燃焼室間の前記仕切壁の炉底近傍部に、 前記開 口部とは異なる第 2の開口部を設け、 該第 2の開口部を通じて、 ガス化 室側からチヤ一燃焼室側へ流動媒体及びチヤ一を移動させることを特徴 とする請求項 1 2又は 1 3に記載の統合型ガス化炉 _c

1 5 . 前記チヤ一燃焼室、 沈降チヤ一燃焼室、 ガス化室内にそれぞれ強 流動化域と弱流動化域を設け、 各室内に流動媒体の内部旋回流を生じさ せるよ うにしたことを特徴とする請求項 1 2又は 1 3に記載の統合型ガ ス化炉。

1 6 . 前記熱回収室をチヤ一燃焼室の強流動化域に接するよ うに配置し. 該熱回収室とチヤ一燃焼室は炉底近傍に開口部を備え、 且つその上端が 流動床界面近傍まで達する仕切壁で仕切り、 且つ仕切壁近傍のチヤ一燃 焼室側の流動化状態を熱回収室側の流動化状態より も相対的に強く して 流動媒体の循環力を生じさせるよ うにしたことを特徴とする請求項 1 2 乃至 1 5のいずれかに記載の統合型ガス化炉。

1 7 . 前記熱回収室を沈降チヤ一燃焼室の強流動化域に接するよ う に配 置し、 該熱回収室と沈降チヤ一燃焼室は炉底近傍に開口部を備え、 且つ その上端が流動床界面近傍まで達する仕切壁で仕切り、 且つ仕切壁近傍 の沈降チヤ一燃焼室側の流動化状態を熱回収室側の流動化状態よ り も相 対的に強く して流動媒体の循環力を生じさせるようにしたことを特徴と する請求項 1 2乃至 1 6のいずれかに記載の統合型ガス化炉。

1 8 . 前記ガス化室の流動化ガスと して、 水蒸気等の全く酸素を含まな いガスを用いることを特徴とする請求項 1 2乃至 1 7のいずれかに記載 の統合型ガス化炉。

1 9 . 前記ガス化室、 チヤ一燃焼室、 熱回収室の各室の炉底面を、 炉底 近傍の流動媒体の流線に沿って傾斜させたことを特徴とする請求項 1 2 乃至 1 8のいずれかに記載の統合型ガス化炉。

2 0 . 前記チヤ一燃焼室内のガス化室に接した弱流動化域の流動化状態 を制御することによって、 該ガス化室の温度を調節することを特徴とす る請求項 1 2乃至 1 9のいずれかに記載の統合型ガス化炉。

2 1 . 前記ガス化室内の弱流動化域の流動化状態を制御することによつ て、 該ガス化室の温度を調節することを特徴とする請求項 1 2乃至 2 0 のいずれかに記載の統合型ガス化炉。