WO2013061736A1 - ガス化システム - Google Patents

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WO2013061736A1
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潤一郎 山本
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a gasification system for gasifying carbonaceous solid fuel to produce combustible gas fuel, and more particularly to a gasification system capable of improving the heat resistance of a combustor.
  • Patent Documents 1 and 2 there is a gasification system which gasifies a carbonaceous solid fuel such as coal to generate a flammable gas fuel.
  • a gasification system which gasifies a carbonaceous solid fuel such as coal to generate a flammable gas fuel.
  • various methods such as a fixed bed method, a fluidized bed method, an air bed method and the like have been proposed for the gasification furnace which performs gasification.
  • the fluidized bed method makes the solid fuel into fine powder, and supplies the gas with a gasifying agent such as oxygen, air, etc., in a furnace at a temperature above the melting point of fuel ash (about 1300 to 1800 ° C) to react
  • a gasifying agent such as oxygen, air, etc.
  • it has high gasification efficiency, a wide range of applied carbon types, and excellent environmental compatibility, etc., as it converts combustible components in fuel into gas and ash into slag. It is suitable for the production of fuels and raw materials such as synthetic gas, combined power generation, and fuel cells, and is being developed in Japan and overseas.
  • the temperature of the combustor reaches a high temperature of about 1,800 ° C. at the maximum in gasifying the carbonaceous solid fuel.
  • This temperature is a temperature close to the heat resistance limit of the refractory material forming the inner wall surface of the combustor. Therefore, since the durability of the combustor is threatened as it is, molten slag generated by melting of ash when gasifying carbonaceous solid fuel adheres to the inner wall surface of the combustor, and the molten slag itself is utilized as a heat-resistant material of the combustor. ing.
  • the heat resistance of the combustor is designed based on the state in which the molten slag adheres to the inner wall surface of the combustor.
  • the heat resistance of the combustor of the gasification furnace is designed on the basis of the state in which the molten slag adheres to the inner wall surface of the combustor. For this reason, when a carbonaceous solid fuel with little ash content is supplied, there is a concern that the adhesion amount of molten slag to the inner wall surface of the combustor may be insufficient, and the heat resistance of the combustor may be reduced. Therefore, in the conventional gasification system (gasification furnace), it is difficult to gasify a carbonaceous solid fuel with low ash content, and the type of carbonaceous solid fuel applicable is limited.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to stably gasify a carbonaceous solid fuel with a low ash content by a simple configuration that is applicable to existing gasification furnaces, and is applicable Gasification system capable of increasing the types of carbonaceous solid fuels.
  • the present invention adopts the following means. That is, according to a first aspect of the gasification system of the present invention, a carbonaceous solid fuel is reacted with a gasifying agent in a furnace to generate a combustible gas from the carbonaceous solid fuel, and the carbon Solid fuel supply means (pulverized coal supply device) for introducing fine solid fuel into the gasifier and ash supply means (ash component supply device) for introducing the ash of carbonaceous raw material into the gasifier And have.
  • the carbon Solid fuel supply means pulseverized coal supply device
  • ash supply means ash component supply device
  • the pulverized solid carbon fuel is introduced into the gasification furnace from the solid fuel supply means, and the ash of the carbonaceous raw material is introduced into the gasification furnace from the ash supply means . Then, when the carbonaceous solid fuel reacts with the gasifying agent in the gasification furnace, the ash content is charged into the gasification furnace, and therefore, the molten slag produced as the entire ash content after the reaction of the carbonaceous solid fuel Quantity increases. The increased molten slag adheres to the inner wall of the combustor of the gasification furnace, which has a high temperature, and functions as a heat-resistant material of the combustor.
  • the carbonaceous solid fuel inherently has a small amount of ash, the amount of this small ash is compensated by the amount of ash input from the ash supply means, and the total ash amount is melted in the interior of the combustor.
  • the amount of adhering molten slag can be increased to improve the heat resistance of the combustor. Therefore, even a carbonaceous solid fuel with low ash content can be gasified stably, which can increase the types of applicable carbonaceous solid fuels.
  • the ash content supply means in the first aspect is characterized in that the carbonaceous solid fuel is gasified in the gasification furnace as the ash content.
  • the ash content produced and discharged may be reintroduced into the gasification furnace.
  • the ash content of the carbonaceous solid fuel generated in the gasification furnace is once discharged from the gasification furnace and then again introduced into the gasification furnace, so the inside of the gasification furnace
  • the same ash content as the ash content of the carbonaceous solid fuel being reacted in the above will be reintroduced into the gasifier. Therefore, it is unlikely that the reaction conditions inside the gasifier will change due to the re-injection of the ash content.
  • the flow state of the molten slag adhering to the inner wall surface of the combustor does not change, the operation within the assumed range becomes possible, and stable gasification can be performed.
  • the ash content supplying means in the first aspect supplies, as the ash content, the ash content generated by another combustion system to the gasification furnace. It may be configured as follows.
  • the ash content supply means in the first aspect is characterized in that the carbonaceous solid fuel is gasified in the gasification furnace as the ash content. Both the ash content produced and discharged and the ash content produced by other combustion systems may be input to the gasification furnace.
  • the molten slag in the case where it is difficult to cause the molten slag to adhere to the inner wall surface of the combustor, such as when the operation of the gasification furnace starts or when the ash content of the carbonaceous solid fuel is extremely small. Also, the shortage of molten slag can be compensated for by introducing ash generated by other combustion systems into the gasifier. Therefore, stable gasification can be performed continuously.
  • the ash content charged into the gasification furnace may be 2 to 50% by weight with respect to the charged amount of the carbonaceous solid fuel.
  • the amount of ash introduced into the gasification furnace is made appropriate, the heat resistance of the inner wall surface of the combustor is improved, stable gasification is performed, and the generated combustible gas is mixed.
  • the amount of ash can be reduced to facilitate the separation of the combustible gas and the ash.
  • the ash supply means in any of the first to fourth aspects pulverizes the ash to make the ash together with the carbonaceous solid fuel. It may be configured to be reintroduced into the inside of the gasification furnace.
  • the carbonaceous solid fuel charging part originally provided in the gasifying furnace as a charging part for charging ash into the gasification furnace. For this reason, it is possible to increase the amount of molten slag by making it possible to introduce ash into the gasification furnace without modifying the existing gasification furnace, and to improve the heat resistance of the combustor.
  • the ash input portion does not open separately other than the carbonaceous solid fuel injection portion. Therefore, air or gas for transporting ash from here does not flow into the combustor, and there is no problem that the internal temperature of the combustor decreases. For this reason, the flow characteristic of the ash content in a combustor does not change from the past, and this enables stable gasification.
  • the ash content supply means is controlled by the control unit to operate, and the control unit controls the amount of the ash content generated from the gasification furnace.
  • the ash supply means is controlled to achieve a target ash production amount of a predetermined ratio to the input amount of carbonaceous solid fuel, and the ash content generated above the target ash production amount is input to the gasification furnace You may be the structure discarded without doing.
  • the amount of ash generated from the gasifier always has a value close to the target ash production amount.
  • ash can be made into an optimum amount of molten slag and attached to the inner wall of the combustor, and the heat resistance of the inner wall surface of the combustor can be improved to perform stable gasification.
  • the amount of ash input to the gasification furnace can be minimized to prevent the ash from being mixed with a large amount in the generated combustible gas and to facilitate the separation of the combustible gas and the ash. it can.
  • the target ash production amount in the sixth aspect is about 2 to 10% by weight relative to the input amount of the carbonaceous solid fuel. May be
  • the heat content of the inner wall surface of the combustor is improved by optimizing the amount of ash re-introduced into the gasification furnace, stable gasification is performed, and the generated combustible gas is produced.
  • the amount of ash mixed into the catalyst can be reduced, and the separation of combustible gas and ash can be facilitated.
  • the ash in any of the first to seventh aspects is a slag after the carbonaceous solid fuel has reacted in the gasification furnace. It may be.
  • the ash to be introduced into the gasifier together with the carbonaceous solid fuel is slag after the reaction of the carbonaceous solid fuel, since the unburned components contained in the slag are minute, it is reintroduced into the gasifier. The ashes do not react again. Therefore, the reaction state of the carbonaceous solid fuel can be stabilized and gasified well. Moreover, since the slag is glassy and has a good crushability, it is easy to handle.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a coal gasification system 1 (gasification system) according to an embodiment of the present invention.
  • the coal gasification system 1 is attached to, for example, an integrated coal gasification combined cycle (IGCC) plant, and includes a coal gasification furnace 2 (gasification furnace).
  • the coal gasification furnace 2 has a known structure in which the combustor 4 is accommodated inside the main pressure vessel 3 and a carbonaceous solid fuel such as coal is reacted in the furnace with a gasifying agent such as air or oxygen. It produces flammable gas from carbonaceous solid fuel.
  • IGCC integrated coal gasification combined cycle
  • An air supply device 12 is connected to the coal gasifier 2 via an air supply line 11.
  • the air supply device 12 is, for example, an air compressor, which compresses air or oxygen and supplies it to the coal gasifier 2 as a gasifying agent.
  • a pulverized coal supply device 15 (solid fuel supply means) is connected to the coal gasifier 2 via a pulverized coal supply line 16.
  • the pulverized coal supply device 15 pulverizes carbonaceous solid fuel such as coal with a mill or the like (not shown) into a pulverized form, and feeds it into the coal gasifier 2 through the pulverized coal supply line 16.
  • the ash content supply device 20 (ash content supply means) is connected to the pulverized coal supply line 16 via the ash content supply line 21.
  • the ash content supply device 20 crushes solid slag, which is generated and discharged when pulverized coal reacts and gasifies in the coal gasifier 2, into a fine powder by a mill or the like (not shown).
  • a predetermined amount of pulverized slag is reintroduced into the coal gasifier 2 via the pulverized coal supply line 16.
  • a slag recovery hopper 24 is installed at the bottom of the coal gasifier 2, and the solid slag recovered by the slag recovery hopper 24 is fed to the ash content supply device 20 through a slag supply line 25. Furthermore, ash components such as slag and fly ash which do not contain unburned components are also supplied to the ash content supply device 20 through the ash content supply line 29 from other combustion systems 28 such as coal-fired boilers. That is, the ash content supply device 20 generates either the ash content such as slag which is produced and discharged when the pulverized coal is gasified in the coal gasifier 2 or the ash content produced by the other combustion system 28 Either or both of them can be introduced into the coal gasifier 2.
  • the pulverized coal supply device 15 and the ash content supply device 20 are both connected to the pulverized coal supply line 16, the pulverized coal supplied from the pulverized coal supply device 15 and the ash content supplied from the ash content supply device 20 (particulate slag ) Are mixed inside the pulverized coal supply line 16 and supplied together to the coal gasifier 2.
  • the ash content supply device 20 is controlled by the control unit 31 to operate.
  • the control unit 31 includes, for example, data D1 of the pulverized coal supply amount from the pulverized coal supply amount sensor 32 provided in the pulverized coal supply line 16 and the slag generation amount sensor 33 provided in the slag recovery hopper 24, respectively.
  • the data D2 of the amount of slag formation is input.
  • various operation data D3 such as the combustion temperature and the amount of slag inside the coal gasifier 2 are input to the control unit 31 from the operation monitoring sensor 34 provided in the coal gasifier 2.
  • the control unit 31 controls the ash supply device 20 based on the data D1, D2, and D3 and the amount of slag generated in the coal gasifier 2 is in a predetermined ratio to the total input amount of pulverized coal.
  • the ash content supply device 20 is controlled to achieve the target slag production amount (target ash content generation amount).
  • a gas lead-out line 38 for lead-out of the product gas extends, and this gas lead-out line 38 is connected to a cyclone 39 which is a centrifugal separator.
  • the cyclone 39 is for separating char which is an unburned component of pulverized coal contained in the produced gas.
  • a dust collection device 42, a desulfurization device 43, and the like are connected to a generated gas transfer line 41 extending from the cyclone 39, and the generated gas transfer line 41 is finally connected to, for example, a gas turbine device 44.
  • an air supply device 47 different from the air supply device 12 described above is connected to the coal gasifier 2 via an air supply line 48.
  • a char transfer line 51 extending from the cyclone 39 is connected to the air supply line 48, and a char recovery device 52 is connected to the middle of the char transfer line 51.
  • the pulverized coal supplied from the pulverized coal supply device 15 is introduced into the coal gasification furnace 2 through the pulverized coal supply line 16 together with the compressed air etc. It is ignited by a burner (not shown) and causes a reaction in a high pressure environment, the combustible component thereof becomes combustible gas, and the remaining ash component becomes slag.
  • the combustible gas generated here is led out of the coal gasifier 2 from the gas outlet line 38, sent to the cyclone 39 and separated from the unburned component of pulverized coal, etc. After passing through the transfer line 41, the dust is collected in the dust collector 42, desulfurized in the desulfurizer 43, and then supplied to the gas turbine device 44 for combustion.
  • the char separated from the flammable gas by the cyclone 39 is temporarily recovered by the char recovery device 52 through the char transfer line 51, and then the air together with the gasifying agent (air, oxygen, etc.) compressed by the air supply device 47.
  • the coal gasifier 2 is fed through the supply line 48 and burns in the combustor 4 together with pulverized coal.
  • Slag which is an ash component of pulverized coal which has been reacted inside the combustor 4 of the coal gasifier 2 to generate combustible gas, is melted by the high temperature inside the combustor 4 and becomes molten slag S.
  • the molten slag S adheres to the inner wall surface of the combustor 4 and functions as a heat-resistant material of the combustor 4 and then flows downward, for example, dropped into water and quenched to form a glassy solid slag.
  • the solid slag is temporarily collected in the slag recovery hopper 24 and then supplied to the ash content supply device 20 through the slag supply line 25.
  • the ash supply device 20 crushes solid slag into fine powder slag, and the fine powder slag is supplied to the fine coal supply line 16 through the ash supply line 21 and mixed with the fine coal in the fine coal supply line 16. It is supplied to the coal gasifier 2. At the same time, compressed air generated by the air supply device 12 is supplied as a gasifying agent into the coal gasifier 2 through the air supply line 11.
  • the control unit 31 receives data D1 of the pulverized coal supply amount input from the pulverized coal supply amount sensor 32 provided in the pulverized coal supply line 16, and the slag generation amount sensor 33 provided in the slag recovery hopper 24
  • the ash content supply device 20 is controlled based on the data D2 of the amount of generated slag and the various operation data D3 of the coal gasifier 2 input from the operation monitoring sensor 34, and the amount of generated slag corresponds to the total input amount of pulverized coal.
  • the ash content supply device 20 is controlled so as to achieve a target slag production amount of a predetermined ratio with respect to that. And it controls so that it discards without supplying the coal gasification furnace 2 about the slag produced
  • the target slag formation amount is set to about 2 to 10% by weight, preferably about 2 to 4%.
  • FIG. 2 is a graph showing the change in the amount of production of slag with respect to the amount of input of pulverized coal in weight ratio.
  • the amount of slag produced that is, the weight ratio of the slag discharged from the coal gasification furnace 2 to the total amount of pulverized coal fed is zero. %.
  • the production amount of slag increases as operating time increases.
  • the control unit 31 controls the ash supply device 20 to feed a large amount of slag into the coal gasifier 2 until time t1 at which the amount of generated slag reaches the target amount of generated slag A (for example, 3% by weight). After t1 when the target slag formation amount A is reached, the slag is introduced to such an extent that it can be maintained.
  • ash content such as slag and fly ash obtained from another combustion system 28 is taken into the ash supply device 20 by the control unit 31 or artificially introduced into the coal gasifier 2.
  • the solid slag which is the ash content after the reaction of the pulverized coal in the coal gasification furnace 2 is pulverized by the ash content supply device 20 and It is reinjected to the inside.
  • the gasifying agent air or oxygen
  • the pulverized ash is charged into the coal gasification furnace 2, so that the total ash content after the reaction of the pulverized coal
  • the increased molten slag S adheres to the inner wall of the combustor 4 of the coal gasifier 2 which has a high temperature, and functions as a heat resistant material of the combustor 4.
  • the amount of small ash is compensated by the pulverized slag input from the ash supply device 20, and the total amount of ash, ie, the inside of the combustor 4
  • the heat resistance of the combustor 4 can be improved by increasing the amount of the molten slag S that is melted and adheres to the inner wall surface of the combustor 4. Therefore, even low-ash pulverized coal or other types of carbonaceous solid fuels can be stably gasified, thereby increasing the types of applicable carbonaceous solid fuels. .
  • the ash supply device 20 uses, as the ash to be introduced into the coal gasifier 2, the slag generated and discharged when the pulverized coal supplied into the coal gasifier 2 is gasified. Therefore, the same type of slag as the pulverized coal slag that is reacting inside the coal gasifier 2 is re-injected into the coal gasifier 2. Therefore, reaction conditions inside the coal gasifier 2 are unlikely to change due to the reinjection of slag.
  • the reaction conditions inside the coal gasifier 2 do not change as described above, the flow state of the molten slag S adhering to the inner wall surface of the combustor 4 does not change. For this reason, the operation
  • the ash supply device 20 is configured to be able to supply the ash generated by the other combustion system 28 as the ash to be introduced into the coal gasification furnace 2, and causes the reaction inside the coal gasification furnace 2.
  • Both the pulverized coal slag and the ash generated by the other combustion system 28 are configured to be able to be introduced into the coal gasifier 2. For this reason, even when it is difficult to cause the molten slag to adhere to the inner wall surface of the combustor 4 as when the operation of the coal gasifier 2 starts and when the ash content of pulverized coal and other carbonaceous solid fuel is extremely small By charging the ash generated by the other combustion system 28 into the coal gasifier 2, the shortage of molten slag can be compensated. Therefore, stable gasification can be performed continuously.
  • Pulverized slag supplied from the ash supply unit 20 to the coal gasifier 2 is supplied from the ash supply line 21 to the pulverized coal supply line 16 and pulverized powder supplied from the pulverized coal supply unit 15 inside the pulverized coal supply line 16 It is mixed with the coal and re-introduced into the coal gasifier 2 together with the pulverized coal. For this reason, as an injection part which injects an ash content into the coal gasification furnace 2, the insertion part (pulverized coal supply line 16) of the pulverized coal conventionally provided in the coal gasification furnace 2 can be shared. Therefore, the heat content of the combustor 4 can be improved by increasing the amount of the molten slag S by making it possible to introduce the ash content without modifying the existing coal gasifier or other types of gasifiers. .
  • the ash content supply device 20 is controlled by the control unit 31 to operate, and as shown in FIG. 2, the amount of slag generated from the coal gasifier 2 corresponds to the total input amount of pulverized coal, as shown in FIG.
  • the ash content supply device 20 is controlled so that the target slag formation amount A of the predetermined ratio is obtained, and the slag generated above the target slag formation amount A is discarded without being input to the coal gasifier 2. Control. For this reason, the amount of slag generated from the coal gasifier 2 always has a value close to the target slag formation amount A.
  • the molten slag S of the optimal amount can always be made to adhere to the inner wall of the combustor 4, the heat resistance of the inner wall surface of the combustor 4 can be improved, and stable gasification can be performed.
  • the amount of slag input to the coal gasification furnace 2 is kept to the minimum necessary to prevent a large amount of ash from being mixed with the generated combustible gas, and the separation of the combustible gas and the ash is facilitated. be able to.
  • the present invention is not limited to only the configuration of the above embodiment, and modifications and improvements can be made as appropriate without departing from the scope of the present invention, and such modifications and improvements can be made.
  • the form is also included in the scope of the present invention.
  • the above embodiment is configured to re-feed the slag into the coal gasification furnace 2
  • the present invention is not limited to the gasification furnace for gasifying other kinds of carbonaceous solid fuels, such as petroleum coke and biomass fuel. May apply.

Abstract

既存のガス化炉にも適用可能な簡素な構成により、灰分の少ない炭素質固体燃料の安定的なガス化を可能にして、適用可能な炭素質固体燃料の種類を増やす。石炭ガス化システム（１）は、炭素質固体燃料として、例えば石炭をガス化剤（例えば空気や酸素）と共に炉内で反応させて石炭から可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉（２）と、石炭を微粉状にして石炭ガス化炉（２）に投入する微粉炭供給装置（１５）（固体燃料供給手段）と、石炭（微粉炭）の灰分を石炭ガス化炉（２）の内部に投入する灰分供給装置（２０）（灰分供給手段）とを備えてなる。灰分供給装置（２０）は、前記灰分として、石炭ガス化炉（２）内にて微粉炭がガス化される際に生成されて排出されるスラグを石炭ガス化炉（２）に再投入するように構成されている。スラグはコンバスタ（４）内で溶融して溶融スラグ（Ｓ）となり、コンバスタ（４）の内壁に付着して耐火材として機能する。

Description

ガス化システム
　本発明は、炭素質固体燃料をガス化して可燃性のガス燃料を生成するガス化システムに関し、特にコンバスタの耐熱性を向上させ得るようにしたガス化システムに関するものである。
　特許文献１，２等に開示されているように、石炭等の炭素質固体燃料をガス化して可燃性のガス燃料を生成するガス化システムがある。このようなガス化システムにおいて、ガス化を行うガス化炉には、固定層方式、流動層方式、気流層方式等の各方式が種々提案されている。これらの方式の中で、気流層方式は固体燃料を微粉にして酸素、空気等のガス化剤と共に燃料灰の融点以上の温度（約１３００～１８００℃）の炉内に供給して反応させ、燃料中の可燃成分をガスに、灰分をスラグに変換させるため、他の方式に比較し、ガス化効率が高い、適用炭種が広い、環境適合性が優れている等の特徴を有し、合成ガス、複合発電、燃料電池等の燃料及び原料製造に適しており、国内外で開発が進められている。
　このような気流層方式等のガス化炉において、炭素質固体燃料をガス化するにあたり、コンバスタ（炉）の温度は最高１８００℃程度の高温に達する。この温度は、コンバスタの内壁面を形成している耐火材の耐熱限界に近い温度である。したがって、そのままではコンバスタの耐久性が危ぶまれるため、炭素質固体燃料のガス化時に灰分が溶けて発生する溶融スラグをコンバスタの内壁面に付着させて、溶融スラグ自体をコンバスタの耐熱材として活用している。言い換えれば、コンバスタの耐熱性は、溶融スラグがコンバスタの内壁面に付着した状態を基準にして設計されている。
　ところで、特許文献１，２に開示されているガス化炉では、どちらも炭素質固体燃料から生成されたガスと共に放出される灰分（チャー、フライアッシュ）に含まれる未燃焼炭素成分を除去するべく、灰分を生成ガスから分離、捕集し、この灰分を再びガス化炉に再投入することによって未燃焼成分を再燃焼させている。
　一方、ガス化炉で生成されるスラグ（石炭灰の灰分が、高温のガス化炉で溶け、ガス化炉下部の水中に流れ落ちて急冷されることでガラス状に固まり、粒状で排出されたもの）については、いずれもそのまま外部に排出されて適宜処理されている。
特開昭６２－１２５８９１号公報 米国特許第０００００１３２５Ｈ号明細書
　前述のように、ガス化炉のコンバスタの耐熱性は、溶融スラグがコンバスタの内壁面に付着した状態を基準にして設計されている。このため、灰分の少ない炭素質固体燃料が供給されると、コンバスタの内壁面への溶融スラグ付着量が不足し、コンバスタの耐熱性が低下する懸念がある。したがって、従来のガス化システム（ガス化炉）では、灰分の少ない炭素質固体燃料をガス化することが困難であり、適用可能な炭素質固体燃料の種類に限りがあった。
　灰分の少ない炭素質固体燃料のガス化を可能にするためには、コンバスタの冷却性を向上させなければならず、複雑な冷却構造を取り入れる必要があるために、ガス化炉の新設や、既存のガス化炉からの改造が困難になるという問題がある。さらに、冷却構造を取り入れることにより、ガス化システム全体の熱効率が低下してしまうというデメリットもある。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、既存のガス化炉にも適用可能な簡素な構成により、灰分の少ない炭素質固体燃料の安定的なガス化を可能にして、適用可能な炭素質固体燃料の種類を増やすことのできるガス化システムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
　即ち、本発明に係るガス化システムの第１の態様は、炭素質固体燃料をガス化剤と共に炉内で反応させて前記炭素質固体燃料から可燃性ガスを生成するガス化炉と、前記炭素質固体燃料を微粉状にして前記ガス化炉に投入する固体燃料供給手段（微粉炭供給装置）と、炭素質原料の灰分を前記ガス化炉の内部に投入する灰分供給手段（灰分供給装置）と、を備えてなる。
　前記第１の態様によれば、固体燃料供給手段から微粉状にされた炭素質固体燃料がガス化炉に投入されるとともに、灰分供給手段から炭素質原料の灰分がガス化炉に投入される。そして、ガス化炉内で炭素質固体燃料がガス化剤と共に反応するにあたり、ガス化炉内に灰分が投入されたことにより、炭素質固体燃料の反応後に全体の灰分として生成される溶融スラグの量が増加する。この増加した溶融スラグは、高温となるガス化炉のコンバスタの内壁に付着してコンバスタの耐熱材として機能する。
　このため、炭素質固体燃料が本来持つ灰分が少なくても、この少ない灰分の量を灰分供給手段から投入される灰分によって補い、トータル灰分量、即ちコンバスタの内部で溶融してコンバスタの内壁面に付着する溶融スラグの量を増加させ、コンバスタの耐熱性を向上させることができる。したがって、灰分の少ない炭素質固体燃料であっても、これを安定的にガス化することができ、これによって適用可能な炭素質固体燃料の種類を増やすことができる。
　また、本発明に係るガス化システムの第２の態様は、前記第１の態様における前記灰分供給手段が、前記灰分として、前記ガス化炉内にて前記炭素質固体燃料がガス化される際に生成されて排出される灰分を前記ガス化炉内に再投入するように構成されていてもよい。
　前記前記第２の態様によれば、ガス化炉で生成された炭素質固体燃料の灰分が、一旦ガス化炉から排出されてから、再びガス化炉に投入されるため、ガス化炉の内部で反応している炭素質固体燃料の灰分と同一の灰分がガス化炉に再投入されることになる。したがって、灰分の再投入によってガス化炉の内部における反応条件が変わってしまうことが起こりにくい。しかも、コンバスタの内壁面に付着する溶融スラグの流動状態が変化しないため、想定範囲内の運転が可能になり、安定的なガス化を行うことができる。
　また、本発明に係るガス化システムの第３の態様は、前記第１の態様における前記灰分供給手段が、前記灰分として、他の燃焼システムにて生成された灰分を前記ガス化炉に投入するように構成されていてもよい。
　また、本発明に係るガス化システムの第４の態様は、前記第１の態様における前記灰分供給手段が、前記灰分として、前記ガス化炉内にて前記炭素質固体燃料がガス化される際に生成されて排出される灰分と、他の燃焼システムにて生成された灰分との両方を前記ガス化炉に投入可能に構成されていてもよい。
　前記第３、第４の態様によれば、ガス化炉の運転開始時や、炭素質固体燃料の灰分が著しく少ない時のように、コンバスタの内壁面に溶融スラグを付着させにくい場合であっても、他の燃焼システムにて生成された灰分をガス化炉に投入することによって溶融スラグの不足を補うことができる。したがって、安定的なガス化を継続して行うことができる。
　前記第４の態様において、前記ガス化炉に投入される前記灰分は、前記炭素質固体燃料の投入量に対して重量比で２～５０％であってもよい。
　このようにすることで、ガス化炉に投入される灰分を適度な量にして、コンバスタの内壁面の耐熱性を向上させ、安定的なガス化を行うとともに、生成された可燃ガスに混入する灰分の量を少なくし、可燃ガスと灰分との分離を容易にすることができる。
　また、本発明に係るガス化システムの第５の態様は、前記第１から第４のいずれかの態様における前記灰分供給手段が、前記灰分を微粉状にして前記炭素質固体燃料と一緒に前記ガス化炉の内部に再投入するように構成されていてもよい。
　上記第５の態様によれば、ガス化炉に灰分を投入する投入部として、本来よりガス化炉に備えられている炭素質固体燃料の投入部を共用することができる。このため、既存のガス化炉に改造を加えることなく、ガス化炉に灰分を投入可能にして溶融スラグの量を増加させ、コンバスタの耐熱性を向上させることができる。
　しかも、コンバスタ内においては、炭素質固体燃料の投入部以外に、灰分の投入部が別途開口することがない。したがって、ここから灰分を搬送するための空気やガスがコンバスタ内に流入することもなく、コンバスタの内部温度が低下してしまう不具合もない。このため、コンバスタ内における灰分の流動特性が従来と変わることがなく、これにより安定的なガス化が可能になる。
　また、本発明に係るガス化システムの第６の態様は、前記灰分供給手段が制御部に制御されて作動し、該制御部は、前記ガス化炉から生成される前記灰分の量が、前記炭素質固体燃料の投入量に対して所定の比率の目標灰分生成量となるように前記灰分供給手段を制御し、前記目標灰分生成量を上回って生成される灰分については前記ガス化炉に投入せずに廃棄する構成であってもよい。
　前記第６の態様によれば、ガス化炉から生成される灰分の量が常に目標灰分生成量に近い値となる。これにより、灰分を最適量の溶融スラグにしてコンバスタの内壁に付着させ、コンバスタの内壁面の耐熱性を向上させて安定的なガス化を行うことができる。しかも、ガス化炉に投入される灰分の量を必要最小限に抑えて、生成された可燃ガスに灰分が多量に混入することを防止し、可燃ガスと灰分との分離を容易にすることができる。
　また、本発明に係るガス化システムの第７の態様は、前記第６の態様における前記目標灰分生成量が、前記炭素質固体燃料の投入量に対して重量比で約２～１０％であってもよい。
　前記第７の態様によれば、ガス化炉に再投入される灰分を最適な量にして、コンバスタの内壁面の耐熱性を向上させ、安定的なガス化を行うとともに、生成された可燃ガスに混入する灰分の量を少なくし、可燃ガスと灰分との分離を容易にすることができる。
　また、本発明に係るガス化システムの第８の態様は、前記第１から第７のいずれかの態様における前記灰分が、前記炭素質固体燃料が前記ガス化炉内で反応した後のスラグであってもよい。
　このように、炭素質固体燃料と共にガス化炉に投入する灰分を、炭素質固体燃料が反応した後のスラグとすれば、スラグに含まれる未燃焼成分は微小なため、ガス化炉に再投入された灰分が再び反応を起こすことがない。このため、炭素質固体燃料の反応状態を安定させて良好にガス化させることができる。また、スラグはガラス状で粉砕性が良いため、取り扱いが容易である。
　以上のように、本発明に係るガス化システムによれば、既存のガス化炉にも適用可能な簡素な構成により、灰分の少ない炭素質固体燃料の安定的なガス化を可能にして、適用可能な炭素質固体燃料の種類を増やすことができる。
本発明の実施形態に係る石炭ガス化システムの概略構成を示すブロック図である。 微粉炭の投入量に対するスラグの生成量の変化を重量比で示すグラフである。
　以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の１つの実施形態に係る石炭ガス化システム１（ガス化システム）の概略構成を示すブロック図である。この石炭ガス化システム１は、例えばＩＧＣＣ（Integrated coal Gasification Combined Cycle：石炭ガス化複合発電）プラントに付設されたものであり、石炭ガス化炉２（ガス化炉）を備えている。石炭ガス化炉２は、本体圧力容器３の内部にコンバスタ４が収容された周知の構造であり、石炭等の炭素質固体燃料を、空気や酸素等のガス化剤と共に炉内で反応させて炭素質固体燃料から可燃性ガスを生成するものである。
　石炭ガス化炉２には、空気供給ライン１１を介して空気供給装置１２が接続されている。この空気供給装置１２は、例えばエアコンプレッサであり、空気や酸素を圧縮し、これをガス化剤として石炭ガス化炉２に供給するものである。
　また、微粉炭供給装置１５（固体燃料供給手段）が、微粉炭供給ライン１６を介して石炭ガス化炉２に接続されている。微粉炭供給装置１５は、石炭等の炭素質固体燃料を図示しないミル等で粉砕して微粉状にし、微粉炭供給ライン１６を経て石炭ガス化炉２に投入する。
　さらに、灰分供給装置２０（灰分供給手段）が、灰分供給ライン２１を介して微粉炭供給ライン１６に接続されている。この灰分供給装置２０は、後述するように石炭ガス化炉２内で微粉炭が反応してガス化される際に生成されて排出される固形スラグを図示しないミル等で粉砕して微粉状にし、所定量の微粉スラグを、微粉炭供給ライン１６を経て石炭ガス化炉２に再投入するように構成されている。
　石炭ガス化炉２の底部にはスラグ回収ホッパ２４が設置されており、このスラグ回収ホッパ２４に回収された固形スラグがスラグ供給ライン２５を経て灰分供給装置２０に送給される。さらに、石炭焚きボイラ等の他の燃焼システム２８からも、未燃焼成分を含まないスラグやフライアッシュ等の灰分が灰分供給ライン２９を介して灰分供給装置２０に送給される。即ち、灰分供給装置２０は、石炭ガス化炉２内にて微粉炭がガス化される際に生成されて排出されるスラグ等の灰分と、他の燃焼システム２８にて生成された灰分のどちらか一方、もしくは両方を石炭ガス化炉２に投入可能に構成されている。
　微粉炭供給装置１５と灰分供給装置２０は、共に微粉炭供給ライン１６に接続されているため、微粉炭供給装置１５から供給される微粉炭と、灰分供給装置２０から供給される灰分（微粉スラグ）とが、微粉炭供給ライン１６の内部で混合されて一緒に石炭ガス化炉２に供給されるようになっている。
　また、灰分供給装置２０は制御部３１に制御されて作動する。制御部３１には、例えば微粉炭供給ライン１６に設けられた微粉炭供給量センサ３２と、スラグ回収ホッパ２４に設けられたスラグ生成量センサ３３とから、それぞれ微粉炭供給量のデータＤ１と、スラグ生成量のデータＤ２とが入力される。さらに制御部３１には、石炭ガス化炉２に設けられた運転監視センサ３４から、石炭ガス化炉２の内部における燃焼温度やスラグ量等の各種の運転データＤ３が入力される。これらの各データＤ１，Ｄ２，Ｄ３を基に制御部３１は灰分供給装置２０を制御し、石炭ガス化炉２において生成されるスラグの量が微粉炭の全体投入量に対して所定の比率の目標スラグ生成量（目標灰分生成量）となるように灰分供給装置２０を制御する。
　一方、石炭ガス化炉２の頂部からは生成ガスを導出するためのガス導出ライン３８が延出しており、このガス導出ライン３８は遠心分離装置であるサイクロン３９に接続されている。サイクロン３９は、生成ガスに含まれる微粉炭の未燃焼成分であるチャーを分離するものである。また、サイクロン３９から延出する生成ガス搬送ライン４１に、集塵装置４２、脱硫装置４３等が接続され、生成ガス搬送ライン４１は最終的に、例えばガスタービン装置４４に接続されている。
　さらに、前述の空気供給装置１２とは別の空気供給装置４７が空気供給ライン４８を介して石炭ガス化炉２に接続されている。そして、サイクロン３９から延びるチャー搬送ライン５１が空気供給ライン４８に接続され、このチャー搬送ライン５１の途中にチャー回収装置５２が接続されている。
　以上のように構成された石炭ガス化システム１において、微粉炭供給装置１５から供給される微粉炭は、圧縮空気等と共に微粉炭供給ライン１６を経て石炭ガス化炉２に投入され、コンバスタ４において図示しないバーナにより着火され、高圧環境下において反応を起こし、その可燃性成分が可燃性ガスとなり、残りの灰分がスラグとなる。ここで生成された可燃性ガスは、ガス導出ライン３８から石炭ガス化炉２の外部に導出され、サイクロン３９に送られて微粉炭の未燃焼成分であるチャー等を分離された後、生成ガス搬送ライン４１を通り、集塵装置４２において集塵され、脱硫装置４３において脱硫された後、ガスタービン装置４４に供給されて燃焼する。
　サイクロン３９にて可燃性ガスから分離されたチャーは、チャー搬送ライン５１を経てチャー回収装置５２に一旦回収された後、空気供給装置４７により圧縮されたガス化剤（空気、酸素等）と共に空気供給ライン４８を経て石炭ガス化炉２に投入され、微粉炭と共にコンバスタ４にて燃焼する。
　石炭ガス化炉２のコンバスタ４の内部で反応を起こして可燃性ガスを生成させた微粉炭の灰分であるスラグは、コンバスタ４の内部における高温により溶融し、溶融スラグＳとなる。この溶融スラグＳは、コンバスタ４の内壁面に付着して、コンバスタ４の耐熱材として機能した後、下方に流れ落ちて、例えば水中に投下されて急冷され、ガラス状の固形スラグとなる。この固形スラグは、スラグ回収ホッパ２４に一旦回収された後、スラグ供給ライン２５を経て灰分供給装置２０に送給される。
　灰分供給装置２０は、固形スラグを粉砕して微粉スラグとし、この微粉スラグが灰分供給ライン２１を経て微粉炭供給ライン１６に供給され、微粉炭供給ライン１６の内部で微粉炭に混合されてから石炭ガス化炉２に供給される。同時に、空気供給装置１２で生成された圧縮空気が空気供給ライン１１を経て石炭ガス化炉２内にガス化剤として供給される。
　制御部３１は、微粉炭供給ライン１６に設けられた微粉炭供給量センサ３２から入力される微粉炭供給量のデータＤ１と、スラグ回収ホッパ２４に設けられたスラグ生成量センサ３３から入力されるスラグ生成量のデータＤ２と、運転監視センサ３４から入力される石炭ガス化炉２の各種の運転データＤ３とを基に灰分供給装置２０を制御し、スラグ生成量が微粉炭の全体投入量に対して所定の比率の目標スラグ生成量となるように灰分供給装置２０を制御する。そして、この目標スラグ生成量を上回って生成されるスラグについては石炭ガス化炉２に投入せずに廃棄するように制御する。上記の目標スラグ生成量としては重量比で約２～１０％程度、好ましくは２～４％程度に設定する。
　図２は、微粉炭の投入量に対するスラグの生成量の変化を重量比で示すグラフである。ここに示すように、石炭ガス化炉２の運転開始時は、当然ながらスラグの生成量、即ち投入される微粉炭の全量に対して石炭ガス化炉２から排出されるスラグの重量比はゼロ％である。そして、運転時間が増加するに連れてスラグの生成量が増加する。制御部３１は、スラグの生成量が目標スラグ生成量Ａ（例えば重量比３％）に達する時間ｔ１までは、灰分供給装置２０が多くのスラグを石炭ガス化炉２に投入するように制御し、目標スラグ生成量Ａに達したｔ１以降は、それを維持できる程度にスラグを投入させる。
　特に石炭ガス化炉２の運転開始直後は、石炭ガス化から充分な量の固形スラグが生出されないため、上記の目標スラグ生成量Ａを達成することができない。このような時には、制御部３１により、もしくは人為的に、他の燃焼システム２８から得られたスラグやフライアッシュ等の灰分が灰分供給装置２０に取り入れられて石炭ガス化炉２に投入される。
　以上のように、この石炭ガス化システム１では、石炭ガス化炉２内で微粉炭が反応した後の灰分である固形スラグが、灰分供給装置２０により微粉状にされて石炭ガス化炉２の内部に再投入される。このため、石炭ガス化炉２内で微粉炭がガス化剤（空気または酸素）と共に反応するにあたり、石炭ガス化炉２内に微粉スラグが投入されたことにより、微粉炭の反応後に全体の灰分として生成される溶融スラグＳの量が増加する。この増加した溶融スラグＳは、高温となる石炭ガス化炉２のコンバスタ４の内壁に付着してコンバスタ４の耐熱材として機能する。
　このため、微粉炭に本来から含まれている灰分の含有量が少なくても、この少ない灰分の量を、灰分供給装置２０から投入される微粉スラグによって補い、トータル灰分量、即ちコンバスタ４の内部で溶融してコンバスタ４の内壁面に付着する溶融スラグＳの量を増加させ、コンバスタ４の耐熱性を向上させることができる。したがって、灰分の少ない微粉炭、あるいは他の種の炭素質固体燃料であっても、これを安定的にガス化することができ、これによって適用可能な炭素質固体燃料の種類を増やすことができる。
　また、灰分供給装置２０は、石炭ガス化炉２内に投入する灰分として、石炭ガス化炉２内に供給された微粉炭がガス化される際に生成されて排出されるスラグをそのまま利用しているため、石炭ガス化炉２の内部で反応している微粉炭のスラグと同一種類のスラグが石炭ガス化炉２に再投入されることになる。したがって、スラグの再投入によって石炭ガス化炉２の内部における反応条件が変わってしまうことが起こりにくい。
　しかも、上記のように石炭ガス化炉２の内部における反応条件が変わらないため、コンバスタ４の内壁面に付着する溶融スラグＳの流動状態が変化しない。このため、想定範囲内の運転が可能になり、安定的なガス化を行うことができる。その上、石炭ガス化炉２内で反応した後のスラグは、未燃焼成分が含まれないため、石炭ガス化炉２に再投入されたスラグが再び反応を起こすことがない。この点でも微粉炭の反応状態を安定させて良好にガス化させることができる。また、スラグは固形化してガラス状の粉砕性の良い性状となるため、取り扱いが容易である。
　さらに、灰分供給装置２０は、石炭ガス化炉２内に投入する灰分として、他の燃焼システム２８にて生成された灰分を供給可能に構成されており、石炭ガス化炉２の内部で反応させた微粉炭のスラグと、他の燃焼システム２８にて生成された灰分との両方を石炭ガス化炉２に投入可能に構成されている。このため、石炭ガス化炉２の運転開始時および、微粉炭や他の炭素質固体燃料の灰分が著しく少ない時のように、コンバスタ４の内壁面に溶融スラグを付着させにくい場合であっても、他の燃焼システム２８にて生成された灰分を石炭ガス化炉２に投入することによって溶融スラグの不足を補うことができる。したがって、安定的なガス化を継続して行うことができる。
　灰分供給装置２０から石炭ガス化炉２に投入される微粉スラグは、灰分供給ライン２１から微粉炭供給ライン１６に供給され、微粉炭供給ライン１６の内部で微粉炭供給装置１５から供給された微粉炭と混合し、微粉炭と一緒に石炭ガス化炉２に再投入される。このため、石炭ガス化炉２に灰分を投入する投入部として、従来より石炭ガス化炉２に備えられている微粉炭の投入部（微粉炭供給ライン１６）を共用することができる。このため、既存の石炭ガス化炉、あるいは他の種のガス化炉に改造を加えることなく灰分を投入可能にして溶融スラグＳの量を増加させ、コンバスタ４の耐熱性を向上させることができる。
　しかも、コンバスタ４の内部においては、微粉炭の投入部となる微粉炭供給ライン１６および圧縮空気の供給部となる空気供給ライン１１以外に、微粉スラグの投入部が別途開口することがない。したがって、そのような開口部から微粉スラグを搬送するための空気やガスがコンバスタ４内に流入することもなく、コンバスタ４の内部温度が低下してしまう懸念を排除することができる。このため、コンバスタ４内における溶融スラグの流動特性が従来と変わることがなく、これにより安定的なガス化が可能になる。
　また、灰分供給装置２０は制御部３１に制御されて作動し、制御部３１は、図２に示すように、石炭ガス化炉２から生成されるスラグの量が、微粉炭の全体投入量に対して所定の比率の目標スラグ生成量Ａとなるように灰分供給装置２０を制御し、目標スラグ生成量Ａを上回って生成されるスラグについては石炭ガス化炉２に投入せずに廃棄するように制御する。このため、石炭ガス化炉２から生成されるスラグの量が常に目標スラグ生成量Ａに近い値となる。これにより、常に最適量の溶融スラグＳをコンバスタ４の内壁に付着させ、コンバスタ４の内壁面の耐熱性を向上させて安定的なガス化を行うことができる。しかも、石炭ガス化炉２に投入されるスラグの量を必要最小限に抑えて、生成された可燃ガスに灰分が多量に混入することを防止し、可燃ガスと灰分との分離を容易にすることができる。
　なお、本発明は上記の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。
　例えば、上記実施形態では石炭ガス化炉２にスラグを再投入するように構成されているが、他の種の炭素質固体燃料、例えば石油コークスやバイオマス燃料をガス化するガス化炉に本発明を適用してもよい。
１　石炭ガス化システム（ガス化システム）
２　石炭ガス化炉（ガス化炉）
４　コンバスタ
１１　空気供給ライン
１２　空気供給装置
１５　微粉炭供給装置（固体燃料供給手段）
２０　灰分供給装置（灰分供給手段）
２４　スラグ回収ホッパ
２８　他の燃焼システム
３１　制御部
３８　ガス導出ライン
４４　ガスタービン装置
Ａ　目標スラグ生成量（目標灰分生成量）
Ｓ　溶融スラグ

Claims (9)

  1. 　炭素質固体燃料をガス化剤と共に炉内で反応させて前記炭素質固体燃料から可燃性ガスを生成するガス化炉と、
    　前記炭素質固体燃料を微粉状にして前記ガス化炉に投入する固体燃料供給手段と、
    　炭素質原料の灰分を前記ガス化炉の内部に投入する灰分供給手段と、
    を備えてなるガス化システム。
  2. 　前記灰分供給手段は、前記灰分として、前記ガス化炉内にて前記炭素質固体燃料がガス化される際に生成されて排出される灰分を前記ガス化炉内に再投入するように構成されている請求項１に記載のガス化システム。
  3. 　前記灰分供給手段は、前記灰分として、他の燃焼システムにて生成された灰分を前記ガス化炉に投入するように構成されている請求項１に記載のガス化システム。
  4. 　前記灰分供給手段は、前記灰分として、前記ガス化炉内にて前記炭素質固体燃料がガス化される際に生成されて排出される灰分と、他の燃焼システムにて生成された灰分との両方を前記ガス化炉に投入可能に構成されている請求項１に記載のガス化システム。
  5. 　前記ガス化炉に投入される前記灰分は、前記炭素質固体燃料の投入量に対して重量比で２～５０％である請求項４に記載のガス化システム。
  6. 　前記灰分供給手段は、前記灰分を微粉状にして前記炭素質固体燃料と一緒に前記ガス化炉の内部に再投入するように構成されている請求項１から５のいずれかに記載のガス化システム。
  7. 　前記灰分供給手段は制御部に制御されて作動し、該制御部は、前記石炭ガス化炉から生成される前記灰分の量が、前記炭素質固体燃料の投入量に対して所定の比率の目標灰分生成量となるように前記灰分供給手段を制御し、前記目標灰分生成量を上回って生成される灰分については前記ガス化炉に投入せずに廃棄する請求項１から６のいずれかに記載のガス化システム。
  8. 　前記目標灰分生成量は、前記炭素質固体燃料の投入量に対して重量比で約２～１０％である請求項７に記載のガス化システム。
  9. 　前記灰分は前記炭素質固体燃料が前記ガス化炉内で反応した後のスラグである請求項１から８のいずれかに記載のガス化システム。
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