WO2010004760A1 - 循環流動層ガス化炉 - Google Patents

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高藤誠
須田俊之
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株式会社Ihi
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Definitions

  • the present invention relates to a circulating fluidized bed gasification furnace capable of promoting gasification of a raw material with a simple structure.
  • Patent Document 1 is known as a circulating fluidized bed gasification furnace.
  • FIG. 1 shows an outline of a circulating fluidized bed gasification furnace represented by Patent Document 1, which has a combustion furnace 1 (fluidized combustion furnace) that heats a circulating medium by burning char with air 2.
  • Combustion gas 3 from the combustion furnace 1 is introduced into a cyclone collector 4 to collect the circulating medium 5 and exhaust gas 6 is discharged.
  • the collected circulating medium 5 is fluidized through a downcomer 7.
  • a gasifying agent 9 such as water vapor or air is supplied to the lower part of the fluidized bed gasification furnace 8 to form a fluidized bed 10, and a free board portion of the fluidized bed gasification furnace 8.
  • the raw material 12 is gasified by supplying the raw material 12 to generate a gasified gas 13, and the char which is an unreacted solid content which is not gasified with the circulating medium 5 in the fluidized bed gasification furnace 8 is It returns to the said combustion furnace 1 by the circulation flow path 14, and burns char. It is way.
  • a gasified gas 13 having high combustibility is generated in the fluidized bed gasification furnace 8, so that a gas is not generated between the combustion furnace 1 and the fluidized bed gasification furnace 8.
  • a sealing portion 15 made of a U-shaped duct or the like for preventing movement is provided, and a circulating medium 5 from the cyclone collector 4 is provided at the lower end of the downcomer 7 connected to the cyclone collector 4.
  • a seal portion 16 configured to prevent gas movement by connecting the fluidized bed gasification furnace 8 to the inside of the fluidized bed 10 is configured.
  • the seal portions 15 and 16 are provided in the fluidized bed gasification furnace 8 by partitioning a gasification chamber and a seal chamber connected so that the circulating medium can move inside the fluidized bed 10. Some have the circulation channel 14 or the lower end of the downcomer 7 connected to the chamber.
  • the above circulating fluidized bed gasification furnace as a method of supplying the raw material 12 to the fluidized bed gasification furnace 8, it is supplied to the free board section 11 above the fluidized bed 10 in the fluidized bed gasification furnace 8 as shown in FIG.
  • Patent Documents 2 and 3 when the in-bed supply system in which the raw material is pushed into the fluidized bed of the incinerator by a screw feeder and applied to the circulating fluidized bed gasification furnace of FIG. Since the raw material is supplied directly into the layer, the residence time during which the raw material comes into contact with and mixed with the circulating medium can be maintained for a long time. In addition, the fine powder of the raw material is scattered in the free board and taken out without being gasified. However, the material in the screw feeder is seized by the high-temperature heat of the fluidized bed and cannot be operated stably. When the gasifier is stopped, the supply of the raw material is stopped.
  • the intra-layer supply method requires a measure for stable supply of raw materials and requires high hardware requirements. Therefore, there is a problem that the hurdle is high in terms of cost and operation.
  • the internal supply system is generally difficult to adopt.
  • the on-layer supply method as shown in FIG. 1 is generally adopted because it can be easily implemented with little need to consider problems such as thermal effects as compared with the in-layer supply method.
  • the raw material 12 supplied onto the fluidized bed 10 tends to move on the bed of the fluidized bed 10.
  • the residence time for contacting and mixing cannot be maintained for a long time, and further, the fine powder of the raw material is scattered on the free board portion 11 and taken out without being gasified, so there is a limit to improving the gasification performance. It was. Therefore, in order to maintain the residence time long and improve the gasification performance, the fluidized bed gasification furnace 8 needs to be enlarged.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a circulating fluidized bed gasification furnace capable of promoting gasification of a raw material with a simple structure.
  • the present invention comprises a combustion furnace that burns char to heat the circulation medium, a cyclone collector that introduces the combustion gas taken out from the combustion furnace and collects the circulation medium mixed in the combustion gas, Flow through which the circulating medium collected by the cyclone collector is introduced through a downcomer, gasifying agent is supplied from the lower part to form a fluidized bed, and raw material is supplied to the free board part to gasify the raw material.
  • a circulating fluidized bed gasification furnace comprising: a fluidized bed gasification furnace; and a circulation passage for returning a circulating medium of the fluidized bed gasification furnace and unreacted char that is not gasified to the combustion furnace, wherein the cyclone collecting A raw material supply for supplying the raw material to the circulating medium between the seal part and the free board part by connecting the lower end of the downcomer connected to the vessel to the free board part of the fluidized bed gasification furnace via the seal part With the equipment That the circulating fluidized bed gasification furnace, it relates to.
  • the raw material supply device is a screw feeder.
  • the seal part is a U-shaped duct
  • the raw material supply device is connected to an inclined pipe connecting the U-shaped duct and the free board part.
  • the lower end of the downcomer connected to the cyclone collector is connected to the free board part of the fluidized bed gasification furnace through the seal part, and the seal part and the free board part Since the raw material supply device for supplying the raw material to the circulating medium between the seal member and the free board portion is provided, the raw material supplied to the circulating medium between the seal portion and the freeboard portion is embedded in the fluidized bed together with the circulating medium.
  • the residence time in which the raw material is brought into contact with and mixed with the circulating medium is maintained longer in the fluidized bed, so that the gasification performance can be greatly improved. effective.
  • the raw material is heated by being directly mixed with the high-temperature circulating medium from the seal part.
  • the fine powder is instantaneously heated at this time, the fine powder is mixed at the same time or gasified in the free board part. Therefore, the problem that fine powder in the raw material is scattered to the free board portion and taken out without being gasified is reduced, and this also has an effect of improving gasification performance.
  • FIG. 2 is a front view showing an embodiment of the present invention applied to the circulating fluidized bed gasification furnace shown in FIG. 1.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts. .
  • a U-shaped duct 17 is formed below the downcomer 7 whose upper end is connected to a cyclone collector 4 that collects the circulating medium 5 contained in the combustion gas 3 from the combustion furnace 1.
  • a seal portion 18 is provided, and a lower end of an inclined pipe 19 that extends downward from the seal portion 18 is connected to the free board portion 11 through the furnace wall of the fluidized bed gasification furnace 8.
  • the circulating medium 5 from the cyclone collector 4 is supplied to the free board part 11 through the seal part 18 and the inclined pipe 19.
  • a raw material supply device 20 is provided that supplies the raw material 12 to the circulating medium 5 between the seal portion 18 and the free board portion 11.
  • the raw material supply apparatus 20 shown in FIG. 2 has a screw feeder 23 driven by a motor 22 at the lower part of the raw material hopper 21, and the raw material 12 in the raw material hopper 21 is supplied vertically by driving the screw feeder 23.
  • the inclined tube 19 is supplied through the tube 24.
  • FIG. 2 operates as follows.
  • Combustion gas 3 from the combustion furnace 1 is introduced into a cyclone collector 4 to collect a circulating medium 5, and the collected circulating medium 5 passes through a seal portion 18 and an inclined pipe 19 provided at the lower part of the downcomer 7. Then, it is supplied to the free board portion 11 of the fluidized bed gasification furnace 8 and fluidized by a gasifying agent 9 such as water vapor or air supplied from the lower portion to form a fluidized bed 10.
  • a gasifying agent 9 such as water vapor or air supplied from the lower portion to form a fluidized bed 10.
  • the raw material 12 of the raw material hopper 21 is supplied to the inclined pipe 19 connecting the seal part 18 and the free board part 11 through the supply pipe 24 by driving the screw feeder 23 of the raw material supply device 20.
  • the raw material 12 is supplied to the inclined pipe 19 by the screw feeder 23
  • the raw material 12 is filled in the screw feeder 23, and the inclined pipe 19 and the raw material supply are supplied by the filled raw material 12. Gas movement to and from the device 20 is prevented.
  • the raw material 12 supplied so as to sink into the fluidized bed 10 is heated by contacting and mixing with the circulating medium 5 and gasified by the action of the gasifying agent 9, and the gasified gas 13 is taken out. It is.
  • the circulating medium in the fluidized bed gasification furnace 8 and the unreacted char that is not gasified are returned to the combustion furnace 1 by the circulation flow path 14 and the circulating medium is heated by burning the char.
  • the raw material 12 supplied to the inclined pipe 19 by the raw material supply apparatus 20 is supplied so as to sink into the fluidized bed 10 together with the circulating medium 5 flowing down the inclined pipe 19.
  • the residence time in which the raw material 12 contacts and mixes with the circulating medium is maintained longer in the fluidized bed 10, and the gasification performance can be greatly improved.
  • the raw material 12 supplied to the inclined pipe 19 is directly mixed and heated with the high-temperature circulating medium 5 flowing down inside the inclined pipe 19, and at this time, since the fine powder is instantaneously heated, the fine powder is inclined. Since the inside of the pipe 19 and the free board part 11 are gasified, the problem that the fine powder in the raw material 12 is scattered on the free board part 11 and taken out without being gasified is reduced. This also improves the gasification performance. As described above, the gasification performance is enhanced with a simple configuration, so that the fluidized bed gasification furnace 8 can be made smaller than the conventional on-bed supply system.
  • the circulating fluidized bed gasification furnace of the present invention can be applied when effectively increasing the contact / mixing property between the circulating medium and the raw material.

Abstract

　燃焼炉１と、燃焼炉１から取り出した燃焼ガス３を導入して循環媒体５を捕集するサイクロン補集器４と、サイクロン補集器４で捕集した循環媒体５をダウンカマー７を介して導入し、下部からガス化剤９を供給して流動層１０を形成すると共にフリーボード部１１に原料１２を供給して原料１２のガス化を行う流動層ガス化炉８と、流動層ガス化炉８の循環媒体とガス化されない未反応のチャーとを燃焼炉１に戻す循環流路１４と、を有する循環流動層ガス化炉であって、サイクロン補集器４に接続されたダウンカマー７の下端を、シール部１８を介して流動層ガス化炉８のフリーボード部１１に接続し、シール部１８とフリーボード部１１との間の循環媒体５に原料１２を供給する原料供給装置２０を設ける。

Description

循環流動層ガス化炉
　本発明は、簡略な構造にて原料のガス化を促進できるようにした循環流動層ガス化炉に関する。
　近年、石油の枯渇の問題から、石油精製時の残渣である石油コークスや現在有効利用されていない資源であるオイルサンド、ビチューメン、褐炭等の低質炭やその他の化石燃料、バイオマス、タイヤチップ等を原料としてガス化を行い、水素及び炭化水素等を主体とするガス化ガスを得て有効利用することが提案されており、循環流動層ガス化炉としては特許文献１がある。
　図１は、特許文献１に代表される循環流動層ガス化炉の概略を示したもので、空気２によりチャーを燃焼して循環媒体の加熱を行う燃焼炉１（流動燃焼炉）を有しており、燃焼炉１からの燃焼ガス３はサイクロン捕集器４に導入して循環媒体５を捕集すると共に排ガス６を排出し、捕集した循環媒体５はダウンカマー７を介して流動層ガス化炉８に供給すると共に該流動層ガス化炉８の下部には水蒸気、空気等のガス化剤９を供給して流動層１０を形成し、更に流動層ガス化炉８のフリーボード部１１には原料１２を供給することにより原料１２のガス化を行ってガス化ガス１３を生成し、流動層ガス化炉８内における循環媒体５とガス化されない未反応の固形分であるチャーは循環流路１４により前記燃焼炉１に戻してチャーの燃焼を行うようにしている。
　図１の循環流動層ガス化炉では、流動層ガス化炉８において高い燃焼性を有するガス化ガス１３が生成されるため、燃焼炉１と流動層ガス化炉８との間にはガスの移動を阻止するためのＵ字ダクト等からなるシール部１５を備えており、又、サイクロン捕集器４に接続されたダウンカマー７の下端には、サイクロン捕集器４からの循環媒体５を流動層ガス化炉８の流動層１０の内部に供給するように接続することによってガスの移動を阻止するようにしたシール部１６を構成している。尚、上記シール部１５，１６としては、流動層ガス化炉８内に、流動層１０の内部で循環媒体が移動できるように接続したガス化室とシール室とを区画して設け、このシール室に前記循環流路１４或いはダウンカマー７の下端を接続するようにしたものもある。
　上記循環流動層ガス化炉において、流動層ガス化炉８に原料１２を供給する方法としては、図１に示すように流動層ガス化炉８における流動層１０上部のフリーボード部１１に供給する層上供給方式と、流動層ガス化炉８における流動層１０の内部に供給する層内供給方式とがある。
　層内供給方式を示す装置としては、焼却炉において、流動層の内部にスクリューフィーダによって原料を押し込んで供給するようにしたものがある（特許文献２、３等参照）。
特開２００５－０４１９５９号公報 特開２０００－２５７８２８号公報 特開昭５７－１４４８１３号公報
　特許文献２、３に示すように、焼却炉の流動層の内部にスクリューフィーダによって原料を押し込んで供給する層内供給方式を、図１の循環流動層ガス化炉に適用した場合には、流動層内に原料が直接供給されるために原料が循環媒体と接触・混合される滞留時間を長く維持することができ、更に、原料の微粉がフリーボード部に飛散してガス化されずに取り出される問題を低減できることにより、ガス化性能を高められるという効果がある反面、スクリューフィーダ内の原料が流動層の高温の熱により焼付きを起こして安定した運転ができなくなったり、又、特に流動層ガス化炉の停止時には原料の供給が停止されるが、原料の供給を停止すると流動層からの熱影響によって原料が焼付きスクリューフィーダがスティックして回転不能になったり、焼損するといった問題がある。従って、層内供給方式は、原料の安定した供給を行うための対策が必要となってハード面での要求仕様が高く、よってコスト面、運用面においてハードルが高いという問題があり、このため層内供給方式は一般に採用し難いのが現状である。
　一方、図１に示すような層上供給方式では、前記層内供給方式と比較して熱影響等の問題を殆ど考慮する必要がなく容易に実施できることから一般的に採用されている。
　しかし、層上供給方式の場合には、流動層１０上に供給された原料１２は流動層１０の層上を移動する傾向があり、従って原料を流動層１０内に入り込ませて循環媒体５と接触・混合する滞留時間を長く維持することができず、更に原料の微粉がフリーボード部１１に飛散してガス化されずに取り出されてしまうために、ガス化性能を高めることに限界があった。従って、滞留時間を長く維持してガス化性能を高めるためには、流動層ガス化炉８を大型にする必要があるという問題を有していた。
　本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、簡略な構造にて原料のガス化を促進できるようにした循環流動層ガス化炉を提供しようとするものである。
　本発明は、チャーを燃焼させて循環媒体を加熱する燃焼炉と、燃焼炉から取り出した燃焼ガスを導入して該燃焼ガス中に混入している循環媒体を捕集するサイクロン補集器と、サイクロン補集器で捕集した循環媒体をダウンカマーを介して導入し、下部からガス化剤を供給して流動層を形成すると共にフリーボード部に原料を供給して原料のガス化を行う流動層ガス化炉と、流動層ガス化炉の循環媒体とガス化されない未反応のチャーとを前記燃焼炉に戻す循環流路と、を有する循環流動層ガス化炉であって、前記サイクロン補集器に接続されたダウンカマーの下端を、シール部を介して前記流動層ガス化炉のフリーボード部に接続し、前記シール部とフリーボード部との間の循環媒体に原料を供給する原料供給装置を設けたことを特徴とする循環流動層ガス化炉、に係るものである。
　上記循環流動層ガス化炉において、前記原料供給装置がスクリューフィーダであることは好ましい。
　又、上記循環流動層ガス化炉において、前記シール部がＵ字ダクトであり、Ｕ字ダクトとフリーボード部との間を繋ぐ傾斜管に原料供給装置を接続したことは好ましい。
　本発明の循環流動層ガス化炉によれば、サイクロン補集器に接続されたダウンカマーの下端をシール部を介して流動層ガス化炉のフリーボード部に接続し、シール部とフリーボード部との間の循環媒体に原料を供給する原料供給装置を設けているので、シール部とフリーボード部との間の循環媒体に供給された原料は、循環媒体と共に流動層の内部に潜り込むように供給され、従来の層上供給方式に比べて、流動層の内部において原料が循環媒体と接触・混合される滞留時間が長く維持されるようになり、よってガス化性能を大幅に高めることができる効果がある。
　更に、原料は、シール部からの高温の循環媒体と直接混合されることにより加熱され、特にこの時、微粉は瞬時に加熱されるため、微粉は混合されると同時に或いはフリーボード部でガス化されるようになり、よって、原料中の微粉がフリーボード部に飛散してガス化されずに取り出されるという問題が低減されるので、これによってもガス化性能が高められる効果がある。
従来の循環流動層ガス化炉の概略を示す正面図である。 本発明の循環流動層ガス化炉の一実施例を示す正面図である。
　以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
　図２は、前記図１の循環流動層ガス化炉に適用した本発明の一実施例を示す正面図であり、図２中、図１と同じ符号を付した部分は同一物を表わしている。
　図２に示すように、燃焼炉１からの燃焼ガス３に含まれる循環媒体５を補集するサイクロン補集器４に上端が接続されたダウンカマー７の下部には、Ｕ字ダクト１７からなるシール部１８を設け、該シール部１８から下方に傾斜して延びた傾斜管１９の下端を、流動層ガス化炉８の炉壁を貫通させてフリーボード部１１に接続しており、これによって、サイクロン補集器４からの循環媒体５をシール部１８及び傾斜管１９を介してフリーボード部１１へ供給するようにしている。
　上記構成において、シール部１８とフリーボード部１１との間の循環媒体５に原料１２を供給するようにした原料供給装置２０を設ける。
　図２に示す原料供給装置２０は、原料ホッパ２１の下部にモータ２２で駆動されるスクリューフィーダ２３を有しており、前記原料ホッパ２１内の原料１２を、スクリューフィーダ２３の駆動により鉛直の供給管２４を介して前記傾斜管１９に供給するようにしている。
　図２に示す実施例では以下のように作用する。
　燃焼炉１からの燃焼ガス３はサイクロン捕集器４に導入されて循環媒体５が捕集され、捕集した循環媒体５はダウンカマー７の下部に備えたシール部１８及び傾斜管１９を介して流動層ガス化炉８のフリーボード部１１に供給され、下部から供給される水蒸気、空気等のガス化剤９により流動化されて流動層１０が形成される。
　一方、前記シール部１８とフリーボード部１１との間を繋ぐ傾斜管１９には、原料供給装置２０のスクリューフィーダ２３を駆動することにより原料ホッパ２１の原料１２が供給管２４を介して供給される。この時、スクリューフィーダ２３によって原料１２を傾斜管１９に供給するようにしているので、スクリューフィーダ２３内には原料１２が充填されており、この充填された原料１２によって、傾斜管１９と原料供給装置２０との間のガスの移動は阻止される。
　傾斜管１９に供給された原料１２は、傾斜管１９内を流下する循環媒体５と混合されて流動層１０に落下することになるため、原料１２は循環媒体５と共に流動層１０の内部に潜り込むように供給される。
　上記したように流動層１０の内部に潜り込むように供給された原料１２は循環媒体５と接触・混合して加熱されると共にガス化剤９の作用によりガス化されて、ガス化ガス１３が取り出される。又、流動層ガス化炉８内における循環媒体とガス化されない未反応のチャーとは循環流路１４により燃焼炉１に戻されて、チャーが燃焼されることにより循環媒体の加熱が行われる。
　上記したように、原料供給装置２０によって傾斜管１９に供給された原料１２は、傾斜管１９の内部を流下する循環媒体５と共に流動層１０の内部に潜り込むように供給されるため、従来の層上供給方式に比べて、流動層１０の内部において原料１２が循環媒体と接触・混合する滞留時間が長く維持されるようになり、よってガス化性能を大幅に高めることができる。
　更に、傾斜管１９に供給された原料１２は、傾斜管１９の内部を流下する高温の循環媒体５と直接混合して加熱され、更にこの時、微粉は瞬時に加熱されるため、微粉は傾斜管１９の内部及びフリーボード部１１でガス化されるようになり、よって、原料１２中の微粉がフリーボード部１１に飛散してガス化されずに取り出されるという問題が低減されるので、このことからもガス化性能が高められる。上記したように、簡単な構成にてガス化性能が高められることにより、従来の層上供給方式に比べて、流動層ガス化炉８を小型のものとすることが可能になる。
　なお、本発明は上記実施例にのみ限定されるものではなく、種々の形式の循環流動層ガス化炉に適用できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
　本発明の循環流動層ガス化炉は、循環媒体と原料との接触・混合性を有効に高める際に適用することができる。
　　１  燃焼炉
　　３  燃焼ガス
　　４  サイクロン補集器
　　５  循環媒体
　　７  ダウンカマー
　　８  流動層ガス化炉
　　９  ガス化剤
　１０  流動層
　１１  フリーボード部
　１２  原料
　１４  循環流路
　１７  Ｕ字ダクト
　１８  シール部
　１９  傾斜管
　２０  原料供給装置
　２３  スクリューフィーダ

Claims (3)

  1. 　チャーを燃焼させて循環媒体を加熱する燃焼炉と、燃焼炉から取り出した燃焼ガスを導入して該燃焼ガス中に混入している循環媒体を捕集するサイクロン補集器と、サイクロン補集器で捕集した循環媒体をダウンカマーを介して導入し、下部からガス化剤を供給して流動層を形成すると共にフリーボード部に原料を供給して原料のガス化を行う流動層ガス化炉と、流動層ガス化炉の循環媒体とガス化されない未反応のチャーとを前記燃焼炉に戻す循環流路と、を有する循環流動層ガス化炉であって、前記サイクロン補集器に接続されたダウンカマーの下端を、シール部を介して前記流動層ガス化炉のフリーボード部に接続し、前記シール部とフリーボード部との間の循環媒体に原料を供給する原料供給装置を設けたことを特徴とする循環流動層ガス化炉。
  2. 　前記原料供給装置がスクリューフィーダであることを特徴とする請求項１に記載の循環流動層ガス化炉。
  3. 　前記シール部がＵ字ダクトであり、Ｕ字ダクトとフリーボード部との間を繋ぐ傾斜管に原料供給装置を接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載の循環流動層ガス化炉。
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