ガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法
【課題】本発明の目的は、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉を提供する。
【解決手段】バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉において、スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、前記クエンチ部内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルを該生成ガスノズルよりも下方の位置に設置した。
【解決手段】バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉において、スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、前記クエンチ部内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルを該生成ガスノズルよりも下方の位置に設置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭等の固体燃料をガス化するガス化炉、ガス化炉を備えたガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化炉を備えたガス化発電プラントの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭等の固体燃料をガス化するガス化炉を運転する場合には、ガス化炉のスラグタップ開口部での溶融スラグの固化・閉塞を防ぎ、溶融スラグを安定に流下させる必要がある。このため、ガス化炉のスラグタップ下面側を加熱する必要がある。
【０００３】
ガス化炉のスラグタップ下面側を加熱する方法として、スラグタップ直下に設けられた起動バーナを用いるのが通例である。しかしながらガス化炉のランニングコストを低減するには、この起動バーナから投入する軽油等の助燃燃料を削減することが不可欠である。 特開平７−１１２６１号公報には、ガス化炉の起動バーナから酸化剤と、ガス化炉で発生したＣＯ及びＨ２を主成分とする生成ガス（リサイクルガス）を再循環させて投入し、スラグタップの加熱と、ランニングコストの低減を図る技術が開示されている。
【０００４】
特開平７−２９２３６８号公報には、スラグタップの下部にガス化炉で生成した生成ガスの一部を導入して燃焼させるリサイクルガスバーナと、酸素又は酸素富化空気の投入ノズルを設けて、このリサイクルガスバーナから供給した生成ガスと、酸素又は酸素富化空気の投入ノズルから供給した酸素とをスラグタップの直下で混合して燃焼させ、前記スラグタップを加熱する構成にして、溶融スラグが固化することによるスラグタップ開口部の閉塞を防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１２６１号公報（第１図）
【特許文献２】特開平７−２９２３６８号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特開平７−２９２３６８号公報に開示されたガス化炉においては、スラグタップの開口部を加熱するためにガス化炉で生成した生成ガスの一部をリサイクルバーナから供給して燃焼させることにより、溶融スラグの固化によるスラグタップの開口部の閉塞を防止しているが、溶融スラグの固化防止を優先させるためにリサイクルバーナから供給して燃焼させる生成ガス量が多くなり、加熱で消費する熱エレルギーが増大してガス化炉のエネルギー効率の低下が大きくなる。
【０００７】
更に、ガス化炉のスラグタップ開口部の温度が適正な温度よりも高温となって、スラグタップの開口部から高温の溶融スラグが流下してクエンチ部のノズルや、壁面を損傷することになり、ガス化炉の信頼性が低下する。
【０００８】
本発明の目的は、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のガス化炉は、バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉において、スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、前記クエンチ部内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルを該生成ガスノズルよりも下方の位置に設置したことを特徴とする。
【００１０】
本発明のガス化発電プラントは、バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備え、スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、前記クエンチ部内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズル、及び助燃用の燃料を燃焼させる起動バーナを該生成ガスノズルよりも下方のクエンチ部の位置にそれぞれ設置し、スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部に温度計を設置し、この温度計で測定した温度検出値に基づいて生成ガスノズルから供給する生成ガス量、及び酸素含有ガスノズルから供給する酸素含有ガス量を制御する制御装置を設置したガス化炉を備えており、このガス化炉のガス化部で生成した生成ガスを前記ガス化炉から導いて生成ガスの脱硫を行なう脱硫装置と、この脱硫装置によって脱硫した生成ガスを燃料として燃焼し燃焼ガスを発生させる燃焼器と、燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、このガスタービンで駆動して発電する発電機及び空気を圧縮して前記燃焼器に燃焼用空気として供給する圧縮機と、前記脱硫装置から分岐した生成ガスの一部を前記ガス化炉の生成ガスノズルに供給する系統と、前記圧縮機から抽気した空気から酸素を分離する空気分離器と、この空気分離器で分離した酸素を前記ガス化炉の酸素含有ガスノズルに供給する系統を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のガス化炉の運転方法は、バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉の運転方法において、スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部の温度を測定してこの測定した温度検出値に基づいて、スラグタップに近接したクエンチ部に設置した生成ガスノズルを通じて前記ガス化部で発生した生成ガスの一部をスラグタップに近接したクエンチ部内に供給する生成ガス量を制御すると共に、この供給された生成ガスを燃焼させるために前記クエンチ部に設置した酸素含有ガスノズルを通じて供給する酸素含有ガス量を制御することを特徴とする。
【００１２】
本発明のガス化発電プラントの運転方法は、バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられその中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉を備えており、このガス化炉のガス化部で生成した生成ガスを前記ガス化炉から導いて脱硫装置で生成ガスの脱硫を行ない、脱硫した生成ガスを燃料として燃焼器で燃焼して燃焼ガスを発生させ、発生した燃焼ガスでタービンを駆動して該タービンで駆動した発電機で発電し、該タービンで駆動した圧縮機で空気を圧縮して前記燃焼器に燃焼用空気として供給し、前記脱硫装置から分岐した生成ガスの一部を前記ガス化炉のクエンチ部に設置した生成ガスノズルに供給すると共に、前記圧縮機から抽気した空気から空気分離器で酸素を分離してこの分離した酸素を前記ガス化炉のクエンチ部に設置した酸素含有ガスノズルに供給するようにしたガス化発電プラントの運転方法において、ガス化炉のスラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部の温度を測定してこの測定した温度検出値に基づいて、スラグタップに近接したクエンチ部に設置した前記生成ガスノズルを通じて前記ガス化部で発生した生成ガスの一部をスラグタップに近接したクエンチ部内に供給する生成ガス量を制御すると共に、この供給された生成ガスを燃焼させるためにクエンチ部に設置した前記酸素含有ガスノズルを通じて供給する酸素含有ガス量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図。
【図２】図１に示した本発明の第１実施例であるガス化炉の内部の流動状態を模式的に示した説明図。
【図３】本発明の第２実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図。
【図４】図３に示した本発明の第２実施例であるガス化炉の内部の流動状態を模式的に示した説明図。
【図５】本発明の第３実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図。
【図６】図５に示した本発明の第３実施例であるガス化炉の内部の流動状態を模式的に示した説明図。
【図７】図５に示した本発明の第３実施例のガス化炉の生成ガスノズル高さ断面における流動状態を模式的に示した説明図。
【図８】図５に示した本発明の第３実施例のガス化炉の酸素含有ガスノズル高さ断面における流動状態を模式的に示した説明図。
【図９】本発明の第４実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図。
【図１０】図９に示した本発明の第４実施例であるガス化炉のスラグタップ部を示す上面図。
【図１１】本発明の第５実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図。
【図１２】図１１に示した本発明の第５実施例であるガス化炉の内部の流動状態を模式的に示した説明図。
【図１３】本発明の第５実施例であるガス化炉でのクエンチ部投入酸素量に対するスラグタップ開口部の直下近傍ガス温度のガス化試験結果
【図１４】本発明の第６実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図。
【図１５】図１４に示した本発明の第６実施例であるガス化炉のスラグタップ部を示す上面図。
【図１６】本発明の第７実施例であるガス化発電プラントの構成を示す全体構成図。
【図１７】本発明の第８実施例であるガス化発電プラントの構成を示す全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施例であるガス化炉及びガス化発電プラントについて図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第１実施例であるガス化炉について図１及び図２を用いて説明する。
【００１７】
本発明の第１実施例は、定常運転中のガス化炉のスラグタップの加熱に、酸素含有ガス、及びガス化炉で発生した生成ガスの一部を用いるように構成したガス化炉である。
【００１８】
図１は本発明の第１実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図であり、図１に示したように、ガス化炉１は外形が円筒状に形成されており、このガス化炉１の頂部と底部に開口部を有し、その内部で燃料の石炭中の可燃分を酸素と燃焼反応させてガス化し、ＣＯ及びＨ２を主成分とする生成ガスを発生させるガス化部２と、ガス化部２で石炭中の灰分が溶融した溶融スラグをその中央部に形成した開口部から下方に流下させるスラグタップ３と、スラグタップ３の直下に位置して、溶融したスラグを下方の冷却水槽６に導くバッファ空間となるクエンチ部５と、クエンチ部５の下方に位置するスラグ冷却水槽６とを備えている。
【００１９】
ガス化部２を内部に形成するガス化炉１の壁面には、上段バーナ７と下段バーナ８がそれぞれ接線方向に取り付けられており、前記上段バーナ７と下段バーナ８からは、微粉にした固体燃料の石炭と、酸素含有ガスの一例として、窒素及び酸素（図示せず）とが、ガス化部２内に投入されてこのガス化部２内で旋回流を形成する。尚、窒素の他、不活性ガスを用いてもよい。
【００２０】
そして前記ガス化部２の内部では、上段バーナ７と下段バーナ８から投入された石炭中の可燃分が酸素との燃焼反応によってガス化し、ＣＯ及びＨ２を主成分とする生成ガスを発生する。この生成ガスは、前記上段バーナ７と下段バーナ８からガス化部２内に投入される酸素量が、石炭の完全燃焼に必要な酸素量よりも少ない条件で供給されて石炭中の可燃分と燃焼反応することによって得られる。
【００２１】
ガス化部２内で発生した生成ガスの流れ１０２は、ガス化部２の内壁面近傍を旋回しながら下降し、ガス化部２の下部に設置されたスラグタップ３で反転して上昇流となってガス化部２内をその軸心部に沿って上昇する。
【００２２】
また、一部の生成ガスは、ガス化部２の下部に設置されたスラグタップ３の中央部に形成されたスラグタップ開口部４を下降してクエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１となる。
【００２３】
一方、前記ガス化部２の内部で石炭中の灰分（不燃物）は、ガス化部２内に形成された旋回流によって遠心力を受けてガス化部２の内壁面側に移動する。この灰分は、石炭と酸素の燃焼反応で形成される高温火炎にさらされて溶融し、溶融スラグとなってガス化部２の内壁面に付着する。
【００２４】
そしてこの溶融スラグはガス化部２の内壁面を流下し、スラグタップ３の上面を通ってスラグタップ３の中央部に形成されたスラグタップ開口部４からクエンチ部５に流下する。
【００２５】
クエンチ部５に流下した溶融スラグはクエンチ部５の下方に設置されたスラグ冷却水槽６に落下して冷却水によって急冷され、非晶質（ガラス状）の水砕スラグとして回収される。水砕スラグは、灰分を減容化し、重金属の溶出を検出限界以下に抑制できることから、路盤材や骨材などに有効利用できる可能性がある。
【００２６】
ガス化炉１に設けたクエンチ部５の役割は、溶融スラグの融点以上と高温なガス化部２及びスラグタップ開口部４と、低温のスラグ冷却水槽６とを繋ぐバッファ空間であり、スラグタップ開口部４から流下した溶融スラグを、スラグ冷却水槽６に導くことである。
【００２７】
従って、クエンチ部５の上部、特に、スラグタップ開口部４の直下付近のガス温度は、溶融スラグの融点以上に保温する必要がある。これは、ひとたび溶融スラグが冷却して固化すると、固化した溶融スラグによってスラグタップ開口部４が閉塞して溶融スラグをガス化炉１から系外に排出できなくなり、ガス化炉１の運転を停止せざるを得なくなるためである。
【００２８】
クエンチ部５の上部は、ガス化部２からの輻射熱と、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１、及びスラグタップ開口部４より流下する溶融スラグの持込み熱で、高温場となる。
【００２９】
溶融スラグの融点が高い場合には、スラグタップ開口部４の直下付近のガス温度を溶融スラグの融点以上に保温すべく、スラグタップ開口部４の直下付近を、さらに加熱する必要がある。
【００３０】
そこで、定常運転時のスラグタップ開口部４の直下付近の加熱には、ガス化炉１のガス化部２で発生する生成ガスの一部を燃料としてクエンチ部５内に供給して燃焼し、スラグタップ開口部４を加熱する。
【００３１】
本実施例ではガス化部２で発生した生成ガスの一部をクエンチ部５内に供給する供給手段として、クエンチ部５の壁面に生成ガスノズル９を設置する。更に、前記生成ガスノズル９から供給する生成ガスをクエンチ部５内で燃焼させるために必要な酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズル１０を、生成ガスノズル９の下部となる位置のクエンチ部５の壁面に設置する。
【００３２】
前記生成ガスノズル９に供給するガス化部２で発生した生成ガスは、後述する第７実施例のガス化発電プラントで、ガス化部２で生成されてガス化炉１の上部から排出した生成ガス１９を脱硫装置１８で分岐し、生成ガスノズル供給用の生成ガス２９としてこの生成ガスノズル９に供給するように構成している。
【００３３】
本実施例では生成ガスノズル９から供給される生成ガス量を制御する制御装置２００が設置されており、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部４の閉塞を防止させるために生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給して燃焼させ、スラグタップ開口部４を所望の温度に加熱する生成ガスの供給量が常に適正な流量となるように制御する。
【００３４】
即ち、クエンチ部５の壁面に上から順に設置されたスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２と、生成ガスノズル９の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１３と、酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１４とによってそれぞれ計測された温度検出値を制御装置２００に入力させる。温度計１２を設置する場所は、スラグタップ開口部４の直下近傍であり、例えば、スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部に設置する。
【００３５】
そしてスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２で検出した温度検出値は、前記制御装置２００において予め設定された溶融スラグの固化を防止し得るスラグタップ開口部４の温度に対応した下限の設定温度との温度偏差を計算し、この計算した温度偏差に基づいて生成ガスノズル９からクエンチ部５に供給すべき生成ガスの流量となる指令信号、並びにこの生成ガスを燃焼させるために必要な、酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５に供給すべき酸素の流量となる指令信号をそれぞれ演算して、前記生成ガスノズル９の上流に設置した生成ガスの流量調整部３６、並びに酸素含有ガスの流量を調節するために前記酸素含有ガスノズル１０の上流に設置した酸素の流量調整部３７及び窒素の流量調整部３８の各開度を操作する指令信号として出力する。
【００３６】
この結果、常に最小流量の生成ガスを前記生成ガスノズル９からクエンチ部５に供給し、この生成ガスを燃焼させるのに必要な酸素含有ガスを供給することによって前記生成ガスを燃焼させ、スラグタップ開口部４を石炭灰の融点以上となる所望の温度に加熱できるので、溶融スラグが固化してスラグタップ開口部４を閉塞することは防止できる。
【００３７】
また、温度計１３、１４は溶損防止の監視用に使用する。
【００３８】
生成ガスノズル９からクエンチ部５に投入する生成ガスの供給量を少なくするほどガス化炉１のエネルギー効率が良くなる。このため、クエンチ部５の壁面に設ける生成ガスノズル９をスラグタップ３の直下の位置に配設し、生成ガスをスラグタップ開口部４の直下に向けて供給して燃焼させ、スラグタップ開口部４の直下付近を加熱するのが好適である。
【００３９】
生成ガスノズル９からクエンチ部５に供給された生成ガス、及びガス化部２から生成ガスの流れ１０１としてスラグタップ開口部４を下降してクエンチ部５内に流入する生成ガスをそれぞれ燃焼させるために必要な酸素含有ガスは、生成ガスノズル９よりも下方の位置となるクエンチ部５の壁面に設置した酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する。
【００４０】
また、クエンチ部５内の温度を監視するために、クエンチ部５の壁面には、上から順にスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２と、生成ガスノズル９の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１３と、酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１４を、各２本ずつ対応させてそれぞれ設置している。
【００４１】
本実施例のガス化炉１では上記した構成を採用することによって、生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０の各ノズルの口径を小さくでき、前記生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０をスラグタップ３に近い高さの位置に設置できる。
【００４２】
スラグタップ３に近い位置から生成ガス、及び酸素含有ガスを供給できれば、高温火炎をスラグタップ開口部４に近づけることができる。これにより、少ない燃料でスラグタップ開口部４を高温化できる。
【００４３】
酸素含有ガスノズル１０の酸素と、ガス化部２からスラグタップ開口部４を下降してクエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１でスラグタップ開口部４を加熱する場合も、酸素含有ガスノズル１０をスラグタップ３に近づけたほうが良い。スラグタップに近い位置で酸素を供給すれば、クエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１とスラグタップ開口部４の直下で混合して燃焼するためである。
【００４４】
これは、クエンチ部５の壁面が、水冷メンブレン構造（冷却水管とメンブレンバー（金属板）を交互に溶接した冷却壁面の構造）であることによる。ノズルやバーナの挿入口を迂回させて冷却水管を配設させるために冷却水管をノズルやバーナの挿入口の位置では曲げて配設する必要があるが、これに対してノズルやバーナの口径を小径に形成することができれば、水管の曲げ量はより小さくなり、生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０をスラグタップ３に近づけて配設することが可能になる。
【００４５】
次に、ガス化炉１のガス化部２で溶融した溶融スラグを、スラグタップ開口部４で溶融スラグを冷却・固化させることなく、スラグタップ開口部４からクエンチ部５及び該クエンチ部５の下方に設置されたスラグ冷却水槽６に安定に流下させるスラグタップ開口部４の加熱方法について、図１及び図２を用いて更に詳細に説明する。
【００４６】
図２は、図１に示した本実施例のガス化炉１のスラグタップ３付近を示す部分拡大図に、ガスの流動状況を模式的に加えた説明図である。
【００４７】
図２において、ガス化炉１のクエンチ部５の壁面には、上から順に、生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０が設置されている。酸素含有ガスノズル１０は、生成ガスノズル９の直下の位置に設けられており、スラグタップ開口部４の直下に存在する生成ガスの、クエンチ部５の下方への拡散を抑制させている。
【００４８】
クエンチ部５内の温度を監視する箇所は、スラグタップ開口部４の直下近傍と、クエンチ部５の壁面近傍とする。スラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２は、スラグタップ開口部４からの溶融スラグの流下状況を監視する。これは、スラグタップ開口部４内に温度計を設置しても、絶えず流下する溶融スラグの付着によってガス温度の正確な計測が難しいことと、温度計が破損する恐れがあるためである。
【００４９】
これに対し、スラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度を、溶融スラグの融点以上に加熱できれば、溶融スラグの温度計への付着のリスクを抑えることができる。
【００５０】
従って、図１に示したように、本実施例ではスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２によってスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定し、この温度計１２で測定した温度の検出値に基づいて制御装置２００にて設定温度との偏差を計算して、この偏差温度に対応した生成ガス量を演算すると共に、この生成ガス量を燃焼させるために必要な酸素量を演算して各指令信号を出力し、生成ガスの流量調整部３６を操作して生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給する必要最小限の生成ガス量を制御すると共に、酸素含有ガスノズル供給用の流量調整部３７の開度を操作して酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を制御して前記生成ガスを好適に燃焼させる。 即ち、前記温度計１２で測定したスラグタップ開口部４の直下近傍の温度が所望の温度を保持するように制御装置２００によって生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給する必要最小限の生成ガス量を制御すると共に、酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を制御することによって前記生成ガスを燃焼させ、スラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度が溶融スラグの融点以上となるように加熱するものである。
【００５１】
前記温度計１２によるスラグタップ開口部４の直下近傍の温度監視は、スラグタップ開口部４の下端面における溶融スラグが冷却・固化するリスクを監視して、制御装置２００によって生成ガスの流量調整部３６の開度を操作して生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給して燃焼させる生成ガスの流量を必要最小限に調節すると共に、酸素含有ガスノズル供給用の流量調整部３７の開度を操作して、生成ガスを燃焼させるために必要となる酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を調節して前記生成ガスを好適に燃焼させて、スラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度が溶融スラグの融点以上となるように加熱する。
【００５２】
本実施例では、生成ガスノズル９の直上に対向して温度計１２を２本設置した場合について説明したが、設置する温度計の数は、多いほど良い。
【００５３】
クエンチ部５の壁面近傍のガス温度は、生成ガスノズル９の直下の位置となる壁面近傍の温度を測定する温度計１３、及び／或いは酸素含有ガスノズル１０の直下の位置となる壁面近傍の温度を測定する温度計１４を設置して計測すると良い。これは、クエンチ部５の壁面を保護するものである。
【００５４】
そしてスラグタップ開口部４からクエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１の拡散状況を前記温度計１３、及び／或いは温度計１４によって監視する。
【００５５】
生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０から、それぞれ生成ガス、及び酸素含有ガスをクエンチ部５内に投入する場合は、クエンチ部５の壁面と上記生成ガスノズル９と酸素含有ガスノズル１０の焼損リスクを回避する必要がある。このため、生成ガスノズル９の直下の壁面近傍の温度計１３と、酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍の温度計１４を用いて温度を監視すると良い。
【００５６】
温度計１３及び温度計１４のいずれの温度計も、対向させて各２箇所以上設置して生成ガスノズル９と酸素含有ガスノズル１０、及び壁面近傍のガス温度を監視する。
【００５７】
次に、図２を用いて図１に示した本実施例のガス化炉１におけるクエンチ部５の壁面に生成ガスノズル９及び酸素含有ガスノズル１０を１本ずつ設置したガス化炉１におけるスラグタップ開口部４を加熱する場合のスラグタップ３近傍からクエンチ部５内のガスの流れについて説明する。
【００５８】
ガス化部２内で発生する生成ガスの流れ１０２の一部が、スラグタップ３の上面付近で反転せずにスラグタップ開口部４に流入する。これが、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１であり、下降する旋回流である。
【００５９】
クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１となる生成ガス量は、スラグタップ開口部４の形状や、ガス化部２内のガス流速等に影響されるものの、全生成ガス量の数％以上に達する。本実施例では、スラグタップ開口部４の形状を、楕円とした場合で説明する。
【００６０】
図２に示したようにガス化部２からクエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１は、クエンチ部５内で拡散しながら減衰し、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４となり、クエンチ部５の中心部、即ち、スラグタップ開口部４の直下に集まる。
【００６１】
これは、ガス化部２で発生する生成ガスの流れ１０２が旋回流を形成し、ガス化部２の
軸心側が負圧となるためである。このため、ガス化部２で発生した生成ガス及びクエンチ
部５内のガスは、全てガス化部２の軸心に沿って上昇し、ガス化炉１から排出されて下流
側の機器に流下する。
【００６２】
そこで、スラグタップ開口部４の直下に、酸素を含むガスを供給すると、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４と混合・燃焼するため、スラグタップ開口部４の直下を加熱できる。ガス化炉１のランニングコスト低減と、スラグタップ３の耐火材やクエンチ部５の壁面の長寿命化には、スラグタップ開口部４の直下の局所的な加熱が有効である。
【００６３】
この場合、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４と、クエンチ部５内に酸素含有ガスノズル１０から投入された酸素含有ガスの流れ１０６とを緩慢混合させる流動が良い。クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４の拡散を、クエンチ部５内に酸素含有ガスノズル１０から投入された酸素含有ガスの流れ１０６で抑え、かつ、両者を緩慢混合させることによって、高温火炎が形成されないので、スラグタップ３の耐火材を保護できる。
【００６４】
上記の流動を形成するための方法の一つは、クエンチ部５の壁面に設置された１本の酸素含有ガスノズル１０を用い、クエンチ部５内にこの酸素含有ガスノズル１０から投入された酸素含有ガスの流れ１０６による上昇渦の形成である。
【００６５】
ここで、スラグタップ開口部４をさらに加熱させる必要がある場合は、ガス化部２で生成した生成ガスの一部を供給する生成ガスノズル９から生成ガスをスラグタップ開口部４の直下に補給し、酸素含有ガスも増量して燃焼させる。
【００６６】
そして、スラグタップ開口部４でのスラグ流下状況の監視と、上記のクエンチ部５に投入するガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２を設置してスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で検出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量を調節すると共に、この生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を調節することで前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、ガス化部２でガス化される石炭の性状が変わっても、クエンチ部５に生成ガスノズル９及び酸素含有ガスノズル１０から投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量を必要最小限に抑制できる。
【００６７】
以上説明したように、本実施例によれば、バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉において、スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、前記クエンチ部内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルを該生成ガスノズルよりも下方の位置に設置した構成のガス化炉により、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得る。
【００６８】
また、以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【００６９】
また、以上説明した実施例では、生成ガスノズル９よりも酸素含有ガスノズル１０を下に配置したが、生成ガスノズル９よりも酸素含有ガスノズル１０を上に配置したり、同じ高さに配置しても良い。スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、スラグタップに近接したクエンチ部の位置に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルを設置したことにより、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得る。
【実施例２】
【００７０】
本発明の第２実施例であるガス化炉について図３及び図４を用いて説明する。
【００７１】
本発明の第２実施例のガス化炉は図１及び図２に示した第１実施例のガス化炉と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ下記に説明する。
【００７２】
図３は本発明の第２実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図であり、第１実施例のガス化炉と同様に、前記ガス化部２の内部では上段バーナ７と下段バーナ８から投入された石炭中の可燃分が酸素との燃焼反応によってガス化し、ＣＯ及びＨ２を主成分とする生成ガス１０２を発生する。
【００７３】
ガス化部２内で発生した生成ガスの流れ１０２は、ガス化部２の内壁面近傍を旋回しながら下降し、ガス化部２の下部に設置されたスラグタップ３で反転して上昇流となってガス化部２内をその軸心部に沿って上昇する。また、一部の生成ガスは、ガス化部２の下部に設置されたスラグタップ３の中央部に形成されたスラグタップ開口部４を下降してクエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１となる。
【００７４】
一方、前記ガス化部２の内部で石炭中の灰分（不燃物）は、ガス化部２内に形成された旋回流によって遠心力を受けてガス化部２の内壁面側に移動する。この灰分は、石炭と酸素の燃焼反応で形成される高温火炎にさらされて溶融し、溶融スラグとなってガス化部２の内壁面に付着する。
【００７５】
そしてこの溶融スラグはガス化部２の内壁面を流下し、スラグタップ３の上面を通ってスラグタップ３の中央部に形成されたスラグタップ開口部４からクエンチ部５に流下し、クエンチ部５の下方に設置されたスラグ冷却水槽６に落下して冷却水によって急冷され、非晶質（ガラス状）の水砕スラグとして回収される。
【００７６】
ガス化炉１に設けたクエンチ部５の役割は、溶融スラグの融点以上と高温なガス化部２及びスラグタップ開口部４と、低温のスラグ冷却水槽６とを繋ぐバッファ空間であり、スラグタップ開口部４から流下した溶融スラグを、スラグ冷却水槽６に導くことである。
【００７７】
従って、クエンチ部５の上部、特に、スラグタップ開口部４の直下付近のガス温度は、溶融スラグの融点以上に保温する必要がある。これは、ひとたび溶融スラグが冷却して固化すると、固化した溶融スラグによってスラグタップ開口部４が閉塞して溶融スラグをガス化炉１から系外に排出できなくなり、ガス化炉１の運転を停止せざるを得なくなるためである。
【００７８】
クエンチ部５の上部は、ガス化部２からの輻射熱と、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１、及びスラグタップ開口部４より流下する溶融スラグの持込み熱で、高温場となる。
【００７９】
溶融スラグの融点が高い場合には、スラグタップ開口部４の直下付近のガス温度を溶融スラグの融点以上に保温すべく、スラグタップ開口部４の直下付近を、さらに加熱する必要がある。
【００８０】
スラグタップ開口部４の直下付近を加熱する最も簡便な運転方法は、ガス化炉１の起動・停止時の助燃用としてクエンチ部５の壁面に起動バーナ１１を設け、この起動バーナ１１によって燃料を燃焼させてスラグタップ開口部４の直下付近を加熱することである。
【００８１】
起動バーナ１１はガス化炉１の起動時にガス化部２内を加熱し、またガス化炉１の停止時に溶融スラグをガス化部２から流下させるためにガス化部２内を加熱するものである。
【００８２】
一般に、起動バーナ１１の燃料は軽油等である。このため、ガス化炉１と独立した運用が可能である。
【００８３】
一方で、ガス化炉１のランニングコスト低減と、エネルギー効率向上を両立させる必要がある。このため、ガス化炉１の起動・停止、及び非常時を除いて、起動バーナ１１による軽油等の助燃燃料を用いないでスラグタップ開口部４の直下付近を加熱する必要がある。
【００８４】
そこで、定常運転時のスラグタップ開口部４の直下付近の加熱には、起動バーナ１１で軽油を燃焼させる代わりに、ガス化炉１のガス化部２で発生する生成ガスの一部を燃料としてクエンチ部５内に供給して燃焼し、スラグタップ開口部４を加熱する。
【００８５】
本実施例ではガス化部２で発生した生成ガスの一部をクエンチ部５内に供給する供給手段として、起動バーナ１１の上部となる位置のクエンチ部５の壁面に生成ガスノズル９を設置している。
【００８６】
更に、前記生成ガスノズル９から供給する生成ガスをクエンチ部５内で燃焼させるために必要な酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズル１０を、起動バーナ１１の上部で、且つ、生成ガスノズル９の下部となる位置のクエンチ部５の壁面に設置している。
【００８７】
前記生成ガスノズル９に供給するガス化部２で発生した生成ガスは、後述する第７実施例のガス化発電プラントで、ガス化部２で生成されてガス化炉１の上部から排出した生成ガス１９を脱硫装置１８で分岐し、生成ガスノズル供給用の生成ガス２９としてこの生成ガスノズル９に供給するように構成している。
【００８８】
本実施例では生成ガスノズル９から供給される生成ガス量を制御する制御装置２００が設置されており、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部４の閉塞を防止させるために生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給して燃焼させ、スラグタップ開口部４を所望の温度に加熱する生成ガスの供給量が常に適正な流量となるように制御する。
【００８９】
即ち、クエンチ部５の壁面に上から順に設置されたスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２と、生成ガスノズル９の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１３と、酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１４とによってそれぞれ計測された温度検出値を制御装置２００に入力させる。温度計１２を設置する場所は、スラグタップ開口部４の直下近傍であり、例えば、スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部に設置する。
【００９０】
そしてスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２で検出した温度検出値は、前記制御装置２００において予め設定された溶融スラグの固化を防止し得るスラグタップ開口部４の温度に対応した下限の設定温度との温度偏差を計算し、この計算した温度偏差に基づいて生成ガスノズル９からクエンチ部５に供給すべき生成ガスの流量となる指令信号、並びにこの生成ガスを燃焼させるために必要な、酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５に供給すべき酸素の流量となる指令信号をそれぞれ演算して、前記生成ガスノズル９の上流に設置した生成ガスの流量調整部３６、並びに酸素含有ガスの流量を調節するために前記酸素含有ガスノズル１０の上流に設置した酸素の流量調整部３７及び窒素の流量調整部３８の各開度を操作する指令信号として出力する。
【００９１】
この結果、常に最小流量の生成ガスを前記生成ガスノズル９からクエンチ部５に供給し、この生成ガスを燃焼させるのに必要な酸素含有ガスを供給することによって前記生成ガスを燃焼させ、スラグタップ開口部４を石炭灰の融点以上となる所望の温度に加熱できるので、溶融スラグが固化してスラグタップ開口部４を閉塞することは防止できる。
【００９２】
また、温度計１３、１４は溶損防止の監視用に使用する。
【００９３】
生成ガスノズル９からクエンチ部５に投入する生成ガスの供給量を少なくするほどガス化炉１のエネルギー効率が良くなる。このため、クエンチ部５の壁面に設ける生成ガスノズル９をスラグタップ３の直下の位置に配設し、生成ガスをスラグタップ開口部４の直下に向けて供給して燃焼させ、スラグタップ開口部４の直下付近を加熱するのが好適である。
【００９４】
生成ガスノズル９からクエンチ部５に供給された生成ガス、及びガス化部２から生成ガスの流れ１０１としてスラグタップ開口部４を下降してクエンチ部５内に流入する生成ガスをそれぞれ燃焼させるために必要な酸素含有ガスは、生成ガスノズル９よりも下方の位置で、起動バーナ１１よりも上方の位置となるクエンチ部５の壁面に設置した酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する。
【００９５】
また、クエンチ部５内の温度を監視するために、クエンチ部５の壁面には、上から順にスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２と、生成ガスノズル９の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１３と、酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１４を、各２本ずつ対応させてそれぞれ設置している。
【００９６】
本実施例のガス化炉１では上記した構成を採用することによって、生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０の各ノズルの口径を、起動バーナ１１の口径よりも小さくでき、前記生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０をスラグタップ３に近い高さの位置に設置できる。
【００９７】
スラグタップ３に近い位置から生成ガス、及び酸素含有ガスを供給できれば、起動バーナ１１を用いた場合よりも、高温火炎をスラグタップ開口部４に近づけることができる。これにより、少ない燃料でスラグタップ開口部４を高温化できる。
【００９８】
酸素含有ガスノズル１０の酸素と、ガス化部２からスラグタップ開口部４を下降してクエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１でスラグタップ開口部４を加熱する場合も、酸素含有ガスノズル１０をスラグタップ３に近づけたほうが良い。スラグタップに近い位置で酸素を供給すれば、クエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１とスラグタップ開口部４の直下で混合して燃焼するためである。
【００９９】
これは、クエンチ部５の壁面が、水冷メンブレン構造（冷却水管とメンブレンバー（金属板）を交互に溶接した冷却壁面の構造）であることによる。ノズルやバーナの挿入口を迂回させて冷却水管を配設させるために冷却水管をノズルやバーナの挿入口の位置では曲げて配設する必要があるが、これに対してノズルやバーナの口径を小径に形成することができれば、水管の曲げ量はより小さくなり、生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０を、起動バーナ１１よりもスラグタップ３に近づけて配設することが可能になる。
【０１００】
次に、ガス化炉１のガス化部２で溶融した溶融スラグを、スラグタップ開口部４で溶融スラグを冷却・固化させることなく、スラグタップ開口部４からクエンチ部５及び該クエンチ部５の下方に設置されたスラグ冷却水槽６に安定に流下させるスラグタップ開口部４の加熱方法について、図３及び図４を用いて更に詳細に説明する。
【０１０１】
図４は、図３に示した本実施例のガス化炉１のスラグタップ３付近を示す部分拡大図に、ガスの流動状況を模式的に加えた説明図である。
【０１０２】
図４において、ガス化炉１のクエンチ部５の壁面には、上から順に、生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０、起動バーナ１１が設置されている。酸素含有ガスノズル１０は、生成ガスノズル９の直下の位置に設けられており、スラグタップ開口部４の直下に存在する生成ガスの、クエンチ部５の下方への拡散を抑制させている。
【０１０３】
クエンチ部５内の温度を監視する箇所は、スラグタップ開口部４の直下近傍と、クエンチ部５の壁面近傍とする。スラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２は、スラグタップ開口部４からの溶融スラグの流下状況を監視する。これは、スラグタップ開口部４内に温度計を設置しても、絶えず流下する溶融スラグの付着によってガス温度の正確な計測が難しいことと、温度計が破損する恐れがあるためである。
【０１０４】
これに対し、スラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度を、溶融スラグの融点以上に加熱できれば、溶融スラグの温度計への付着のリスクを抑えることができる。
【０１０５】
従って、図３に示したように、本実施例ではスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２によってスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定し、この温度計１２で測定した温度の検出値に基づいて制御装置２００にて設定温度との偏差を計算して、この偏差温度に対応した生成ガス量を演算すると共に、この生成ガス量を燃焼させるために必要な酸素量を演算して各指令信号を出力し、生成ガスの流量調整部３６を操作して生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給する必要最小限の生成ガス量を制御すると共に、酸素含有ガスノズル供給用の流量調整部３７の開度を操作して酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を制御して前記生成ガスを好適に燃焼させる。
【０１０６】
即ち、前記温度計１２で測定したスラグタップ開口部４の直下近傍の温度が所望の温度を保持するように制御装置２００によって生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給する必要最小限の生成ガス量を制御すると共に、酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を制御することによって前記生成ガスを燃焼させ、スラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度が溶融スラグの融点以上となるように加熱するものである。
【０１０７】
前記温度計１２によるスラグタップ開口部４の直下近傍の温度監視は、スラグタップ開口部４の下端面における溶融スラグが冷却・固化するリスクを監視して、制御装置２００によって生成ガスの流量調整部３６の開度を操作して生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給して燃焼させる生成ガスの流量を必要最小限に調節すると共に、酸素含有ガスノズル供給用の流量調整部３７の開度を操作して、生成ガスを燃焼させるために必要となる酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を調節して前記生成ガスを好適に燃焼させて、スラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度が溶融スラグの融点以上となるように加熱する。
【０１０８】
本実施例では、生成ガスノズル９の直上に対向して温度計１２を２本設置した場合について説明したが、設置する温度計の数は、多いほど良い。
【０１０９】
クエンチ部５の壁面近傍のガス温度は、起動バーナ１１より上部側の位置となる生成ガスノズル９の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１３、及び／或いは酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１４を設置して計測すると良い。これは、起動バーナ１１の火炎インピンジを監視し、クエンチ部５の壁面を保護するものである。
【０１１０】
起動バーナ１１を使用しない場合は、スラグタップ開口部４からクエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１の拡散状況を前記温度計１３、及び／或いは温度計１４によって監視する。
【０１１１】
生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０から、それぞれ生成ガス、及び酸素含有ガスをクエンチ部５内に投入する場合は、クエンチ部５の壁面と上記生成ガスノズル９と酸素含有ガスノズル１０の焼損リスクを回避する必要がある。このため、生成ガスノズル９の直下の壁面近傍の温度計１３と、酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍の温度計１４を用いて温度を監視すると良い。
【０１１２】
温度計１３及び温度計１４のいずれの温度計も、対向させて各２箇所以上設置して生成ガスノズル９と酸素含有ガスノズル１０、及び壁面近傍のガス温度を監視する。
【０１１３】
次に、図４を用いて図３に示した本実施例のガス化炉１におけるクエンチ部５の壁面に生成ガスノズル９及び酸素含有ガスノズル１０を１本ずつ設置したガス化炉１におけるスラグタップ開口部４を加熱する場合のスラグタップ３近傍からクエンチ部５内のガスの流れについて説明する。
【０１１４】
ガス化部２内で発生する生成ガスの流れ１０２の一部が、スラグタップ３の上面付近で反転せずにスラグタップ開口部４に流入する。これが、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１であり、下降する旋回流である。
【０１１５】
クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１となる生成ガス量は、スラグタップ開口部４の形状や、ガス化部２内のガス流速等に影響されるものの、全生成ガス量の数％以上に達する。本実施例では、スラグタップ開口部４の形状を、楕円とした場合で説明する。 図４に示したようにガス化部２からクエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１は、クエンチ部５内で拡散しながら減衰し、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４となり、クエンチ部５の中心部、即ち、スラグタップ開口部４の直下に集まる。
【０１１６】
これは、ガス化部２で発生する生成ガスの流れ１０２が旋回流を形成し、ガス化部２の軸心側が負圧となるためである。このため、ガス化部２で発生した生成ガス及びクエンチ部５内のガスは、全てガス化部２の軸心に沿って上昇し、ガス化炉１から排出されて下流側の機器に流下する。
【０１１７】
そこで、スラグタップ開口部４の直下に、酸素を含むガスを供給すると、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４と混合・燃焼するため、スラグタップ開口部４の直下を加熱できる。ガス化炉１のランニングコスト低減と、スラグタップ３の耐火材やクエンチ部５の壁面の長寿命化には、スラグタップ開口部４の直下の局所的な加熱が有効である。 この場合、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４と、クエンチ部５内に酸素含有ガスノズル１０から投入された酸素含有ガスの流れ１０６とを緩慢混合させる流動が良い。クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４の拡散を、クエンチ部５内に酸素含有ガスノズル１０から投入された酸素含有ガスの流れ１０６で抑え、かつ、両者を緩慢混合させることによって、高温火炎が形成されないので、スラグタップ３の耐火材を保護できる。
【０１１８】
上記の流動を形成するための方法の一つは、クエンチ部５の壁面に設置された１本の酸素含有ガスノズル１０を用い、クエンチ部５内にこの酸素含有ガスノズル１０から投入された酸素含有ガスの流れ１０６による上昇渦の形成である。
【０１１９】
ここで、スラグタップ開口部４をさらに加熱させる必要がある場合は、ガス化部２で生成した生成ガスの一部を供給する生成ガスノズル９から生成ガスをスラグタップ開口部４の直下に補給し、酸素含有ガスも増量して燃焼させる。
【０１２０】
そして、スラグタップ開口部４でのスラグ流下状況の監視と、上記のクエンチ部５に投入するガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２を設置してスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で検出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量を調節すると共に、この生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を調節することで前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、ガス化部２でガス化される石炭の性状が変わっても、クエンチ部５に生成ガスノズル９及び酸素含有ガスノズル１０から投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量を必要最小限に抑制できる。
【０１２１】
図３及び図４に示した本実施例のガス化炉１では、バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉において、スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、前記クエンチ部内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルを該生成ガスノズルよりも下方の位置に設置し、助燃用の燃料を燃焼させる起動バーナを酸素含有ガスノズルよりも下方となるクエンチ部の位置に設置した構成のガス化炉によって、ガス化炉１の起動・停止時の助燃用として起動バーナを設けた場合でも、第１実施例のガス化炉１の場合と同様に、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得る。
【０１２２】
また、以上説明した実施例では、生成ガスノズル９よりも酸素含有ガスノズル１０を下に配置したが、生成ガスノズル９よりも酸素含有ガスノズル１０を上に配置したり、同じ高さに配置しても良い。スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、スラグタップに近接したクエンチ部の位置に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルを設置したことにより、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得る。
【０１２３】
以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【実施例３】
【０１２４】
次に本発明の第３実施例であるガス化炉について図５乃至図８を用いて説明する。
【０１２５】
本発明の第３実施例のガス化炉は図１及び図２に示した第１実施例のガス化炉と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ下記に説明する。
【０１２６】
本発明の第３実施例のガス化炉は、定常運転中のガス化炉１のスラグタップの加熱に、酸素含有ガスノズル、及びガス化炉で発生した生成ガスの一部を供給する生成ガスノズル９を対向させて各２本ずつクエンチ部５の壁面に設置したガス化炉である。尚、ここでは２本の例で説明するが、実施例４の４本の例や、その他複数本でも実施できる。
【０１２７】
図５は本発明の第３実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図であり、本実施例のガス化炉１では、図５に示したように生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０、及び起動バーナ１１を対向させて各２本ずつクエンチ部５の壁面に設置した構成である。即ち、図１に示した第１実施例のガス化炉１とは、クエンチ部５に設置した各ノズルの本数が、それぞれ１本から２本に変更されたことが異なる。
【０１２８】
図６は、図５に示したガス化炉１のスラグタップ３付近を示す部分拡大図に、ガスの流動状況を模式的に加えた説明図である。
【０１２９】
図６において、本実施例のガス化炉１に備えられたスラグタップ開口部４の形状は、第１実施例のガス化炉１で説明した楕円形状だけでなく、矩形、小判型、ひし形の頂点部分を円弧状とした形状など、扁平のものが適する。
【０１３０】
これは、クエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１の拡散を抑え、スラグタップ開口部４の直下に、生成ガスを滞流できるためである。
【０１３１】
扁平のスラグタップ開口部４とした場合、クエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１の旋回（周方向）成分が、スラグタップ開口部４の長軸方向側の壁面に衝突し、減衰するためである。
【０１３２】
次に、図６を用いて図５に示した本実施例のガス化炉１におけるクエンチ部５の壁面に生成ガスノズル９及び酸素含有ガスノズル１０を１本ずつ設置したガス化炉１におけるスラグタップ開口部４の直下を加熱する場合のスラグタップ３近傍からクエンチ部５内のガスの流れについて説明する。
【０１３３】
スラグタップ開口部４の直下に、酸素含有ガスノズル１０から酸素を含むガスを供給し、クエンチ部５内で反転する生成ガスの流れ１０４と混合・燃焼させる。スラグタップ３の耐火材の保護のため、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４の拡散を、クエンチ部５に投入された酸素含有ガスの流れ１０６で抑え、かつ、両者を緩慢混合させて、スラグタップ開口部４の直下で高温火炎を形成させない流動を形成させる。
【０１３４】
このため、本実施例のガス化炉１では、スラグタップ開口部４の直下で、２本の酸素含有ガスノズル１０を水平に、対向させて設置する。これらの左右の酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に投入された酸素含有ガスの流れ１０６は、スラグタップ開口部４の直下で衝突して減衰し、クエンチ部５を上昇する燃焼ガスの流れ１０７とともに、ゆっくり上昇する。
【０１３５】
ここで、上昇する酸素は生成ガスと混合して燃焼し、クエンチ部５を上昇する燃焼ガスの流れ１０７となる。
【０１３６】
スラグタップ開口部４をさらに加熱する場合には、スラグタップ開口部４の直下で、酸素含有ガスノズル１０の上方の位置に配設した生成ガスノズル９から燃料となる生成ガスをスラグタップ開口部４の直下に補給して燃焼させ、加熱する。生成ガスノズル９から供給する上記生成ガスの燃焼に必要な酸素は、酸素含有ガスノズル１０から投入する。
【０１３７】
次に、図７を用いて第３実施例のガス化炉１のクエンチ部５に備えられた生成ガスノズル９の設置高さ断面における流動状態について説明する。
【０１３８】
図７において、２本の対向する生成ガスノズル９から噴出する生成ガスは対向噴流としてクエンチ部５内に供給されており、クエンチ部５内に投入された生成ガスの流れ１０５は、直進流でスラグタップ開口部４の直下に達し、相互に衝突する。
【０１３９】
ここで、２本の対向する生成ガスノズル９からクエンチ部５に投入された対向噴流の生成ガスの流れ１０５は減衰し、衝突によって流れ１０５から約９０度流れる方向が変更された壁面方向に拡散する生成ガスの流れ１０８となる。
【０１４０】
対向噴流の生成ガスの流れ１０５の衝突により壁面方向に拡散する生成ガスの流れ１０８は渦流れを形成し、クエンチ部５内を拡散する生成ガスの流れ１０９として、スラグタップ開口部４の直下に循環し、スラグタップ開口部４に向かって上昇する。
【０１４１】
以上の流動状態によって、生成ガスはスラグタップ開口部４の直下に滞流しやすく、クエンチ部５の下方から上昇する酸素と混合・燃焼して、スラグタップ開口部４の直下近傍を、局所的に加熱する。
【０１４２】
次に、図８を用いて第３実施例のガス化炉１のクエンチ部５に備えられた酸素含有ガスノズル１０の設置高さ断面における流動状態について説明する。
【０１４３】
図８において、２本の対向する酸素含有ガスノズル１０から酸素含有ガスは対向噴流としてクエンチ部５内に供給されており、クエンチ部５内に投入された酸素含有ガスの流れ１０６は、直進流でスラグタップ開口部４の直下に達し、相互に衝突する。
【０１４４】
ここで、２本の対向する酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５に投入された対向噴流の酸素含有ガスの流れ１０６は減衰し、衝突によって流れ１０６から約９０度流れる方向が変更された壁面方向に拡散する酸素含有ガスの流れ１１０となる。
【０１４５】
対向噴流の酸素含有ガスの流れ１０６の衝突により壁面方向に拡散する酸素含有ガスの流れ１１０は渦流れを形成し、クエンチ部５内を拡散する酸素含有ガスの流れ１１１として、スラグタップ開口部４の直下に循環しながら、スラグタップ開口部４に向かって上昇する。
【０１４６】
ここで、クエンチ部内を拡散する酸素含有ガスの流れ１１１は、衝突により側壁方向に拡散する生成ガスの流れ１０８、及びクエンチ部内を拡散する生成ガスの流れ１０９の、クエンチ部５の下方への拡散を抑える役目も併せ持つ。このため、図４にも示したように、酸素含有ガスノズル１０を、生成ガスノズル９よりも下方の位置に設置する必要がある。
【０１４７】
図５に示した本実施例のガス化炉１においても、図１に示した第１実施例のガス化炉１の場合と同様に、スラグタップ開口部４での溶融スラグの流下状況の監視と、クエンチ部５に投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２でスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定して監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量、及びこの生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０から投入する酸素含有ガス量を調節して供給して前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、スラグタップ開口部４での溶融スラグを所望の温度に加熱して温度低下による固化を未然に防止できる。
【０１４８】
この結果、ガス化部２でガス化される石炭の性状が変わっても、スラグタップ開口部４を加熱して溶融スラグの固化を防止するために、クエンチ部５に生成ガスノズル９及び酸素含有ガスノズル１０から投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量を必要最小限に抑制できる。
【０１４９】
また、生成ガスノズル９の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１３と、酸素含有ガスノズル１０の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１４によって、クエンチ部５の壁面と前記各ノズルのガス温度を監視することができる。
【０１５０】
これは、生成ガスと酸素がクエンチ部５の壁面近傍に拡散した場合を想定し、クエンチ部５の壁面、生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０の損傷を防ぐためである。
【０１５１】
以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【実施例４】
【０１５２】
次に本発明の第４実施例であるガス化炉について図９及び図１０を用いて説明する。
【０１５３】
本発明の第４実施例のガス化炉は図５乃至図８に示した第３実施例のガス化炉と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ下記に説明する。
【０１５４】
本発明の第４実施例のガス化炉は、図９に示したように、酸素含有ガスノズル１０、及び生成ガスノズル９を、それぞれ９０度間隔でクエンチ部５の壁面に４本ずつ設置したガス化炉１である。
【０１５５】
また、ガス化炉１のスラグタップ開口部４は、図１０に示すように、ひし形の頂点部分を円弧状に曲線をもたせた形状を採用している。
【０１５６】
図９は本発明の第４実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図であり、本実施例のガス化炉１では、図９に示したようにスラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２、生成ガスノズル９の直下の壁面近傍に設置した温度計１３、酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍に設置した温度計１４も、前記各ノズル本数に対応させて、各４本ずつ設けている。
【０１５７】
図１０は、図９に示した本発明の第４実施例におけるガス化炉１のスラグタップ部３から見たクエンチ部４の上面図であり、スラグタップ開口部４の形状は扁平状の一例としてひし形の頂点部分を円弧状に曲線をもたせた形状を採用している。
【０１５８】
この第４実施例のガス化炉１では、前記第３実施例のガス化炉１でも述べたように、スラグタップ開口部４の形状を扁平とすると、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１の旋回成分を、スラグタップ開口部４内の長軸方向側の壁面に衝突させて減衰させる効果がある。
【０１５９】
ガス化部２で溶融した溶融スラグは、旋回流でクエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１に同伴し、スラグタップ開口部４の全周から流下する。そこでスラグタップ開口部４を円弧状とすることで、溶融スラグを流下させる濡れぶち長さを長くできる。
【０１６０】
これにより、スラグタップ開口部４を流れる溶融スラグの液膜を薄くでき、局所的なスラグの滞留や、スラグタップ３の耐火材の溶損を抑制する。
【０１６１】
次に、クエンチ部５に設置するノズル配置について説明すると、クエンチ部５に設置される生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０は、それぞれ９０度の間隔に４本設置し、スラグタップ開口部４の短辺側、及び長辺側の中心線上で、各２本ずつ対向して配設させている。
【０１６２】
これにより、生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５に投入した生成ガス、酸素含有ガスの流れを、スラグタップ開口部４の直下で、相互に確実に衝突させることができる。
【０１６３】
仮に前記ノズルの設置場所に誤差を生じた場合でも、前記各ノズル９、１０をそれぞれ９０度間隔に４本ずつ設ける方が、各ノズルを２本設けた場合よりも、スラグタップ開口部４の直下で、各ノズルから噴出する生成ガス、酸素含有ガスの噴流が相互に衝突しやすくなる。
【０１６４】
また、前記各ノズル９、１０から噴出する生成ガス、酸素含有ガスの噴流による、クエンチ部５内での溶融スラグの飛散を抑制するためには、生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０には、限界流速がある。
【０１６５】
ここで、クエンチ部５内で溶融スラグが飛散すると、生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０、起動バーナ１１を閉塞させる原因となる。クエンチ部５のノズル、バーナを閉塞させると、スラグタップ開口部４を加熱できなくなって、溶融スラグで閉塞し、ガス化炉停止につながる。
【０１６６】
そこで、クエンチ部５に投入する生成ガス、及び酸素含有ガスの流量をパラメータとして増減する場合に、これらの生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０のノズル本数を多く設置して、運転方法の自由度を確保する。
【０１６７】
例えば、生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５に投入する生成ガス及び酸素含有ガスを少量とした場合、使用する生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０の本数を、それぞれ対向する２本ずつ設置した場合では、生成ガス及び酸素含有ガスのガス量が増加すると、対向する２本のノズルでは、前記限界流速を超過してしまう。
【０１６８】
そこでこの限界流速に対処するために本実施例のガス化炉１の生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０は、対向する２本のノズルに加えて、この対向する２本のノズルと９０度の位置に配設した別の対向する各２本のノズルも併せた各４本のノズルを使用する。
【０１６９】
これにより、前記生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０の各４本のノズルから噴出される噴流の流速を限界以下に抑えて、クエンチ部５内での溶融スラグ飛散を防止することが可能となる。
【０１７０】
図９に示した本実施例のガス化炉１においても、図１に示した第１実施例のガス化炉１の場合と同様に、スラグタップ開口部４での溶融スラグの流下状況の監視と、クエンチ部５に投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２でスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定して監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で検出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量、及びこの生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０から投入する酸素量を調節して供給して前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、スラグタップ開口部４での溶融スラグを所望の温度に加熱して温度低下による固化を未然に防止できる。
【０１７１】
以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【実施例５】
【０１７２】
次に本発明の第５実施例であるガス化炉について図１１及び図１２を用いて説明する。
【０１７３】
本発明の第５実施例のガス化炉は図５乃至図８に示した第２実施例のガス化炉と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ下記に説明する。
【０１７４】
本発明の第５実施例のガス化炉１のスラグタップ開口部４は、図１１に示すように、小判型とした円弧状に曲線をもたせた形状を採用している。
【０１７５】
図１２は、図１１に示したガス化炉１のスラグタップ３付近を示す部分拡大図に、ガスの流動状況を模式的に加えた説明図である。
【０１７６】
図１１及び図１２に示したように、本実施例のガス化炉１に備えられたスラグタップ開口部４の形状を、小判型などの扁平とすると、ガス化炉１のクエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１の旋回成分は、スラグタップ開口部４内の小判型の長軸方向側の壁面に衝突して減衰する。これにより、クエンチ部５内での生成ガスは拡散しにくく、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４となりやすい。
【０１７７】
クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４は、酸素含有ガスノズル１０から供給される酸素とスラグタップ開口部４の直下で混合・燃焼し、スラグタップ３を上昇する燃焼ガスの流れ１０３となって、スラグタップ開口部４を加熱する。
【０１７８】
スラグタップ開口部４では、ガス化部２の軸心側はガス化部２で発生する生成ガスの流れ１０２の旋回流で負圧となり、スラグタップ３を上昇する燃焼ガスの流れ１０３で加熱される。
【０１７９】
これに対し、スラグタップ開口部４のガス化部２の外周側は、旋回しながらクエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１で加熱される。この旋回流は、ガス化部２の外周側ほど強くなるので、スラグタップ開口部４の小判型の長辺を長くするほど、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１が強くなる。
【０１８０】
ガス化部２の壁面からスラグタップ３の上面を流下する溶融スラグは、ガス化部２で発生する生成ガスの流れ１０２、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１といった旋回流に同伴される。
【０１８１】
溶融スラグの多くは小判型のスラグタップ開口部４の短辺側から流下する。小判型のスラグタップ開口部４は、スラグタップ３を上昇する燃焼ガスの流れ１０３による溶融スラグのガス化部２上方への吹き上げのリスクを軽減する。
【０１８２】
万が一、スラグタップ開口部４の小判型の短辺側を流下する溶融スラグが温度の低下によって固化する場合を想定すると、スラグタップ開口部４の小判型の長辺の長さが縮小する。スラグタップ開口部４の長辺の長さの縮小は、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１を弱め、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２の温度低下を招くことになる。
【０１８３】
そこで図１１に示した本実施例のガス化炉１においても、図１に示した第１実施例のガス化炉１の場合と同様に、スラグタップ開口部４での溶融スラグの流下状況の監視と、クエンチ部５に投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２でスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定して監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で検出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量、及びこの生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０から投入する酸素量を調節して供給して前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、スラグタップ開口部４での溶融スラグを所望の温度に加熱して温度低下による固化を未然に防止できる。
【０１８４】
また、本実施例のガス化炉１では、スラグタップ開口部４の直下近傍のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１２による温度監視によって溶融スラグの流下状況を監視できる。また、生成ガスノズル９の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１３、酸素含有ガスノズル１０の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１４による温度監視によって、クエンチ部５の壁面、並びに生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０の保護を図ることも可能となる。
【０１８５】
最後に、本発明の効果を示す一例として、スラグタップ開口部４を小判型としたガス化部１でのガス化試験で、酸素含有ガスノズル１０又は起動バーナ１１から、クエンチ部５に酸素含有ガスを供給し、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で溶融スラグの流下状況を監視した試験結果を、図１３に示す。
【０１８６】
本図は、灰溶流点1420℃、燃料比1.2の石炭を用い、クエンチ部５に酸素含有ガスのみ投入したガス化試験結果である。まず、酸素70Nm3/h、酸素濃度25％の酸素含有ガスを、起動バーナ１１よりクエンチ部５に投入した条件を基準条件とした。この条件計測した、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２のガス温度を、基準温度とした。次に、酸素濃度40％に高めた酸素含有ガスを、酸素含有ガスノズル１０よりクエンチ部５に投入した条件について、上記のガス温度で基準温度からの増分を示す。
【０１８７】
基準条件でも、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で計測したガス温度は、灰融点に近い温度を示し、溶融スラグの安定流下も確認された。また、酸素含有ガスを酸素含有ガスノズル１０よりクエンチ部５に投入した条件では、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で計測したガス温度が、基準温度より最高100℃以上上昇し、溶融スラグも、基準条件と同様に、安定に流下した。
【０１８８】
従って、本発明で示した温度計測方法を採用することで、溶融スラグの流下状況の監視しながら、クエンチ部５の加熱条件の調整するガス化運転が可能となった。また、クエンチ部５への酸素含有ガスの投入位置については、スラグタップ開口部４に近い酸素含有ガスノズル１０とする方が、スラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度の加熱に有利であることを確認した。
【０１８９】
酸素含有ガスノズル１０は、構造の複雑な起動バーナ１１と異なり、冷却の容易な単管ノズル構造で良い。よって、酸素量及び酸素濃度をさらに増加させた運転も可能である。また、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で計測したガス温度が顕著に低下した場合には、生成ガスノズル９より、生成ガスを投入すると良い。
【０１９０】
以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。本実施例は、スラグタップ開口部の高温化が必要な、高融点の炭種のガス化運転に、特に有効である。
【実施例６】
【０１９１】
次に本発明の第５実施例であるガス化炉について図１４及び図１５を用いて説明する。
【０１９２】
本発明の第６実施例のガス化炉は図１及び図２に示した第１実施例のガス化炉と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ下記に説明する。
【０１９３】
図１４に示した本発明の第６実施例のガス化炉１は、クエンチ部５の壁面に設置される起動バーナ１１の位置を、酸素含有ガスノズル１０と同じ高さで、且つ、対応配置した酸素含有ガスノズル１０から９０度ずれた位置に設置した構成のガス化炉１である。
【０１９４】
本実施例のガス化炉１で起動バーナ１１を酸素含有ガスノズル１０と同じ高さ位置に配置した理由は、スラグタップ開口部４から流下する溶融スラグの飛散・付着による起動バーナ１１の噴出口の閉塞リスクの低減をするためである。起動バーナ１１がスラグタップから下方に離れるほど、飛散スラグ付着によるバーナ先端閉塞のリスクが高まる。最下部の起動バーナを上方に移動できれば、このリスクを軽減することができる。
【０１９５】
逆に、起動バーナ１１の設置高さが低い（スラグタップ開口部４の下面から離れる）ほど、スラグタップ開口部４から流下する溶融スラグが起動バーナ１１付着しやすくなる。そこで、起動バーナ１１保護の観点から、その設置高さを上方の酸素含有ガスノズル１０と同じ高さの位置に変更できれば好適である。
【０１９６】
ガス化炉１の定常運転中において、起動バーナ１１はスラグタップ開口部４の加熱に使用せず、起動バーナ１１自身を保護するためのパージ用窒素を供給する程度である。したがって、起動バーナ１１の設置高さを酸素含有ガスノズル１０と同じ高さの位置に変更しても、クエンチ部５内の流動に及ぼす影響は小さい。
【０１９７】
また、２本の起動バーナ１１を、酸素含有ガスノズル１０と同じ設置高さで、酸素含有ガスノズルの設置位置と９０度ずれた位置になるようにクエンチ部５の壁面に相互に対向して設置すると、起動バーナ１１の用途が広がる。
【０１９８】
すなわち、ガス化炉１の定常運転中に、酸素含有ガスノズル１０のみならず、起動バーナ１１からも酸素含有ガスを供給する運用を行なうことも可能となる。これにより、より多くの酸素含有ガス量を、低流速でクエンチ部５内に供給することができる。
【０１９９】
以上の構成のガス化炉１の運用を想定すると、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２は、対向して設置された一対の温度計１２に加えて、前記酸素含有ガスノズル１０と同じ高さに設置された２本の起動バーナ１１側にも夫々設置して、合計４箇所とするのが良い。
【０２００】
図１５は、図１４に示した本発明の第６実施例におけるガス化炉１のスラグタップ部から見たクエンチ部５の上面図であり、スラグタップ開口部４の形状は小判型を採用している。
【０２０１】
また、ガス化部２に設置された下段バーナ８の配置について説明すると、図１５に示したように、ガス化部２の壁面に９０度間隔で接線方向に設置した４本の下段バーナ８の中心線１１２を引くと、全ての下段バーナ８の中心線を接線とする仮想円１１３が一意的に決まる。
【０２０２】
クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１の旋回流は、全ての下段バーナ８の中心線を接線とする前記仮想円１１３に沿って形成される。
【０２０３】
このため、全ての下段バーナ８の中心線を接線とする仮想円１１３の直径を、スラグタップ開口部４の長辺より小さくなるように形成すれば、クエンチ部５内に高温の生成ガスが多く流入することになる。
【０２０４】
これによって、ガス化部２で溶融した溶融スラグが流下するスラグタップ開口部４の外周側を高温の生成ガスによって効果的に加熱でき、溶融スラグの冷却・固化によるスラグタップ開口部４の閉塞のリスクを回避することができる。
【０２０５】
図１４に示した本実施例のガス化炉１においても、図１に示した第１実施例のガス化炉１の場合と同様に、スラグタップ開口部４での溶融スラグの流下状況の監視と、クエンチ部５に投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２でスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定して監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で検出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量、及びこの生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０から投入する酸素量を調節して供給して前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、スラグタップ開口部４での溶融スラグを所望の温度に加熱して温度低下による固化を未然に防止できる。
【０２０６】
以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【実施例７】
【０２０７】
次に本発明の第７実施例であるガス化発電プラントについて図１６を用いて説明する。
【０２０８】
本発明の第７実施例のガス化発電プラントを構成するガス化炉は図５乃至図８に示した第３実施例のガス化炉と基本的な構成は同じであるので、ガス化炉１に関する構成の説明は省略し、ガス化発電プラントの構成について下記に説明する。
【０２０９】
図１６は、図５乃至図８に示した第３実施例のガス化炉１を備えたガス化発電プラントの全体構成を示しており、本実施例のガス化発電プラントでは、ガス化炉１のガス化部で発生した生成ガス１９を精製し、その一部を生成ガス２９としてクエンチ部５に設置した生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給する系統と、スラグタップ開口部４から流下する溶融スラグの流下状況を監視する手段に基づいてクエンチ部５の加熱条件を調節する制御装置２００を備えている。
【０２１０】
まず、石炭ガス化発電プラントのプロセスフローについて説明すると、ガス化炉１のガス化部２に設置された上段バーナ７及び下段バーナ８から微粉に下燃料の石炭と、酸素含有ガスとをこのガス化部２内に投入して石炭中の可燃分が酸素との燃焼反応によってガス化し、ＣＯ及びＨ２を主成分とする生成ガス１９を発生させる。
【０２１１】
ガス化部２で発生した生成ガス１９は、ガス化炉１の頂部から排出され、ガス化炉１の下流側に順次配設された熱回収部１５で冷却された後に、脱塵装置１６、脱塩装置１７、脱硫装置１８に流入して順次、脱塵、脱塩、脱硫されて、生成ガス１９中の不純物を除去する。
【０２１２】
脱硫装置１８では、生成ガス１９中の硫黄分は石膏として回収される。また、脱硫の過程では、微量の硫黄分（Ｈ２Ｓ等）を含んだ排ガス２１が発生する。硫黄分を含んだ排ガス２１は、脱硫装置１８からフレアスタック４７に供給して完全燃焼させた後に、煙突２８から系外に放出される。
【０２１３】
脱硫装置１８を出た脱硫された生成ガス１９の多くは、発電用燃料の生成ガス２０として、ガスタービン装置を構成する燃焼器２２に供給される。前記燃焼器２２では、圧縮機２３に取り込まれた空気３３を加圧して燃焼用空気として供給し、前記発電用燃料の生成ガス２０と混合させて燃焼し、高温の燃焼ガスを発生させる。
【０２１４】
燃焼器２２で発生した燃焼ガスは、タービン２４を駆動し、発電機（図示せず）を回転させて発電する。また、タービン２４を駆動した排ガスは、排熱回収ボイラ２６に供給されて該排ガスと給水との熱交換によって蒸気２７を発生させ、この排熱回収ボイラ２６で熱回収されて温度が低下した排ガスは煙突２８から系外に放出される。
【０２１５】
排熱回収ボイラ２６で排ガスとの熱交換で発生した蒸気２７は、蒸気タービン２５を駆動し、発電機（図示せず）を回転させて発電する。蒸気タービン２５を流下した蒸気は冷却されて給水となり、前記排熱回収ボイラ２６に供給される。
【０２１６】
前記ガスタービン装置と蒸気タービンとを組み合わせた複合発電によって、効率の高い発電システムが提供できる。
【０２１７】
一方、前記脱硫装置１８を流下した生成ガスの一部は生成ガス２９として、ガス化炉１のクエンチ部５に設置された生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給され、スラグタップ開口部４を加熱する燃料に用いられる。
【０２１８】
ガス化炉１のクエンチ部５に設置された酸素含有ガスノズル１０に供給する酸素３１、窒素３２は、空気分離器３０に取り込む空気４１を原料として前記空気分離器３０にて製造される。
【０２１９】
そして、生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給された生成ガス２９は、酸素含有ガスノズル１０から供給される酸素３１と混合して燃焼し、スラグタップ開口部４を加熱することでスラグタップ開口部４から流下する溶融スラグの固化を防止する。
【０２２０】
次に、ガス化炉１のスラグタップ開口部４からの溶融スラグの流下状況を監視する監視手段について説明する。監視手段は、次の４種類である。
【０２２１】
・スラグタップ開口部の直下近傍のガス温度の監視手段：スラグタップ開口部の直下近傍のガス温度はスラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２で計測する。スラグタップ開口部４から流下する溶融スラグの固化を防ぐため、温度計１２で計測するスラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度はガス化部２に投入される灰分の溶融温度以上の温度を確保することが望ましい。
【０２２２】
・スラグタップの差圧の監視手段：スラグタップの差圧となるガス化部２とクエンチ部５の差圧を、差圧測定器４２によって計測する。仮にスラグタップ開口部４が溶融スラグ等で閉塞すると、差圧測定器４２の差圧が上昇する。従って、差圧測定器４２で計測するスラグタップ３の差圧は所定値以下の状態を保持する。
【０２２３】
・溶融スラグの流下画像の監視手段：クエンチ部５に設置した監視カメラ４６を用いて、スラグタップ開口部４、又はスラグタップ開口部４の直下のクエンチ部５を撮影し、溶融スラグの流下画像を監視する。そして監視カメラ４６でガス化炉１の定常運転中の状態を撮影した画像を基準にして、溶融スラグの流下量、速度、粘性に変化がないかを、監視カメラ４６で撮影した画像を目視又はスラグ流下画像処理装置４５によって確認する。
【０２２４】
・スラグ重量の監視手段：スラグタップ開口部４からスラグ冷却水槽６に落下した溶融スラグは、冷却されて固化し、粒状の水砕スラグとなる。水砕スラグは、スラグ冷却水槽６の底部に設置したスラグ回収バルブ４４を介して、ガス化炉１の系外に排出される。
【０２２５】
単位時間あたりのスラグ排出量は、ガス化炉１の系外に排出された水砕スラグをスラグ重量計測器４３で計測することによって測定する。そして、ガス化部２に投入した単位時間あたりの灰分の総重量に対して、スラグ重量計測器４３で計測したスラグ排出量の割合に変化がないかを監視する。
【０２２６】
次に本実施例のガス化発電プラントに備えられたガス化炉１において、上記監視手段のデータを取り込んだスラグタップ開口部４の加熱制御を行なう制御装置２００によるスラグタップ開口部４の加熱条件の調整アルゴリズムは、以下の手順となる。
【０２２７】
１）ガス化炉１の定常運転時の初期条件としては、クエンチ部５に生成ガスノズル９から生成ガスを供給せずに酸素含有ガスノズル１０から酸素含有ガスのみを投入する。酸素濃度は空気に近い２０〜２５％程度が望ましい。
【０２２８】
２）上記した４項目の監視手段のいずれかで異常を検知した場合、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２の検出温度を第１優先にして制御装置２００によって酸素含有ガスノズル１０の上流側に設置した酸素の流量調整部３７を調節して酸素の流量を増加させ、酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素濃度を高くする。酸素濃度の上限は、スラグタップ３の耐火材、クエンチ部５の壁面、酸素含有ガスノズル１０、生成ガスノズル９を保護する温度範囲に基づいて設定する。
【０２２９】
クエンチ部５内の温度監視は、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２、生成ガスノズル９の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１３、酸素含有ガスノズル１０の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１４を用いてそれぞれ測定して監視する。
【０２３０】
即ち、スラグタップ開口部４での溶融スラグの流下状況の監視と、クエンチ部５に投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２でスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定して監視し、制御装置２００によって温度計１２で出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量、及びこの生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０から投入する酸素含有ガス量を調節して供給してこの生成ガスを好適に燃焼させることによって、スラグタップ開口部４での溶融スラグを所望の温度に加熱して温度低下による固化を未然に防止する。
【０２３１】
また、生成ガスノズル９の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１３、及び酸素含有ガスノズル１０の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１４は、前記生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０の監視、及びクエンチ部５の壁面の監視に用いられる。
【０２３２】
３）前記２）の操作で、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で測定した温度が、ガス化部２に投入される灰分の溶流温度に達しない場合には、制御装置２００からの指令信号によって酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素の濃度及び酸素の流量を更に増加させる。
【０２３３】
この場合、制御装置２００から酸素の流量調整部３７、及び窒素の流量調整部３８に対して、酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素濃度を一定とする操作を行なうように指令信号を出す。クエンチ部５の温度監視については、２）と同様とする。
【０２３４】
４）スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で測定したスラグタップ開口部４の直下近傍の温度低下は、溶融スラグの付着などによる、スラグタップ開口部４の開口面積の減少を示す。スラグタップ開口部４の開口面積が減少すると、クエンチ部５の他の温度の低下、溶融スラグの流下量の減少も観測される。
【０２３５】
これらの現象が見られた場合、制御装置２００から生成ガスの流量調整部３６に対して、生成ガスノズル９からクエンチ部５内に生成ガスを供給する指令を出す。ここで、生成ガス量の上限は、酸素含有ガスノズル１０から供給する酸素量で生成ガスノズル９から供給される生成ガスが完全燃焼できる流量とする。
【０２３６】
５）前記４）の操作によっても、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で測定した温度が、ガス化部２に投入される灰分の溶流温度に達しない場合に、制御装置２００からの指令信号によって生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給する生成ガスの流量、及び酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素含有ガスの流量をそれぞれ増加させる。
【０２３７】
この場合、制御装置２００には、窒素、酸素、生成ガスの順に流量変化させる制御ロジックと、供給する酸素量を、生成ガスの完全燃焼に必要な流量に調整する制御ロジックを持たせると良い。
【０２３８】
６）前記５）の操作によっても、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で測定した温度が十分に上昇せず、流下する溶融スラグの画像及び流量にも改善が見られない場合には、スラグタップ開口部４への溶融スラグの付着が進み、スラグタップ差圧が上昇する。
【０２３９】
この場合、制御装置２００からクエンチ部５の壁面に設置した起動バーナ１１を再点火させてガス化炉１の停止操作に入る指令を出す。
【０２４０】
更に制御装置２００からの指令によって、上段バーナ７と下段バーナ８からガス化部２への石炭供給、並びに酸素含有ガスノズル１０及び生成ガスノズル９からの生成ガス及び酸素の供給も、速やかに停止させる。起動バーナ１１を再点火させる理由はガス化部２から溶融スラグをクエンチ部５内に抜き出すためである。
【０２４１】
尚、事前の分析などで、ガス化部２に投入される灰分の溶流温度が高い情報を得ている場合は、上記２）から始めても良い。
【０２４２】
また、上記したガス化炉１の運転においては、クエンチ部５に設置した対向する各２本のノズル及びバーナを用いるので、対向配置されたこれらのノズル及びバーナの間で流量偏差が生ると前記ノズル及びバーナから供給される噴流の衝突位置が、クエンチ部５の中心部からずれ、流下する溶融スラグを吹き飛ばす要因となる。従って、制御装置２００には、対向配置されたノズル及びバーナから供給する噴流の流量偏差を、±５〜１０％以下に抑制する制御ロジックを追加すると良い。
【０２４３】
図１６に示した本実施例のガス化発電プラントに備えられたガス化炉１においても、図１に示した第１実施例のガス化炉１の場合と同様に、スラグタップ開口部４での溶融スラグの流下状況の監視と、クエンチ部５に投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２でスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定して監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で検出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量、及びこの生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０から投入する酸素量を調節して供給して前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、スラグタップ開口部４での溶融スラグを所望の温度に加熱して温度低下による固化を未然に防止できる。
【０２４４】
また、スラグタップの開口部近傍のクエンチ部に温度計を設置し、温度計で測定したスラグタップの開口部の近傍の温度検出値に基づいて酸素含有ガスノズルから供給する酸素含有ガスを制御し、クエンチ部に供給する酸素濃度を変更する制御装置を備えることもできる。上述した手順２で説明した、監視手段のいずれかで異常を検知した場合にクエンチ部５内に供給する酸素濃度を高くする以外に、通常運転時に酸素含有ガスの酸素濃度を上昇させる制御を行って運転をしても良い。酸素含有ガスの酸素濃度上昇は、窒素などの顕熱の熱ロスを削減でき、酸素と生成ガスの投入量の削減をすることができる。これにより発電効率を向上できる。
【０２４５】
以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【実施例８】
【０２４６】
次に本発明の第８実施例であるガス化発電プラントについて図１７を用いて説明する。
【０２４７】
本発明の第７実施例のガス化発電プラントを構成するガス化炉は図５乃至図８に示した第３実施例のガス化炉と基本的な構成は同じであり、また、ガス化発電プラントの構成は図１６に示したガス化発電プラントと基本的な構成は同じであるので、ガス化炉１に関する構成及び図１６のガス化発電プラントと共通した構成の説明は省略し、相違するガス化発電プラントの構成についてのみ下記に説明する。
【０２４８】
図１７に示した本発明の第７実施例のガス化発電プラントの構成が、図１６に示した本発明の第７実施例のガス化発電プラントと異なる点は、スラグタップ開口部４を加熱するための酸素３１、窒素３２を、圧縮機２３に取り込む空気３３から賄うことである。
【０２４９】
ガス化発電プラントで必要な全ての酸素含有ガスを、ガスタービン装置のタービン２４で駆動する圧縮機２３から供給するものであり、補機点数の削減による所内動力の低減といった効果がある。
【０２５０】
ガス化炉１のスラグタップ開口部４の加熱に、生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０、又は起動バーナ１１から生成ガス、酸素含有ガス、又は助燃燃料を供給しなくても、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で測定したガス温度が所望の温度よりも高い場合には、制御装置２００によって、圧縮機２３から空気分離器３０に供給する空気量を調節する空気の流量調整部４８に対して空気量を低減する指令を出し、前記生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０、又は起動バーナ１１からクエンチ部５内に供給する生成ガス、酸素含有ガス、又は助燃燃料の供給を低減、或いは停止させる。
【０２５１】
余剰となった空気は、制御装置２００によって、圧縮機２３からフレアスタック４７に供給する空気量を調節するフレアスタックの空気の流量調整部４９に対して空気量を増加させる指令を出し、このフレアスタック４７を経由して煙突２８に排出させる。
【０２５２】
図１７に示した本実施例のガス化発電プラントに備えられたガス化炉１においても、図１に示した第１実施例のガス化炉１の場合と同様に、スラグタップ開口部４での溶融スラグの流下状況の監視と、クエンチ部５に投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２でスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定して監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で検出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量、及びこの生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０から投入する酸素量を調節して供給して前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、スラグタップ開口部４での溶融スラグを所望の温度に加熱して温度低下による固化を未然に防止できる。
【０２５３】
以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０２５４】
有機物をガス化し、灰分を溶融スラグ化する石炭ガス化炉、ガス化炉を備えたガス化発電プラント、に適用できる。
【符号の説明】
【０２５５】
１：ガス化炉、２：ガス化部、３：スラグタップ、４：スラグタップ開口部、５：クエンチ部、６：スラグ冷却水槽、７：上段バーナ、８：下段バーナ、９：生成ガスノズル、１０：酸素含有ガスノズル、１１：起動バーナ、１２、１３、１４：温度計、１５：熱回収部、１６：脱塵装置、１７：脱塩装置、１８：脱硫装置、１９：ガス化部で発生した生成ガス、２０：生成ガス、２１：排ガス、２２：燃焼器、２３：圧縮機、２４：タービン、２５：蒸気タービン、２６：排熱回収ボイラ、２７：蒸気、２８：煙突、２９：生成ガス、３０：空気分離器、３１：酸素、３２：窒素、３３：空気、２００：制御装置、３５：助燃燃料の流量調整部、３６：生成ガスの流量調整部、３７：酸素含有ガスノズル供給用の酸素の流量調整部、３８：酸素含有ガスノズル供給用の窒素の流量調整部、３９：起動バーナ供給用の酸素の流量調整部、４０：起動バーナ供給用の窒素の流量調整部、４１：空気、４２：差圧測定器、４３：スラグ重量計測器、４４：スラグ回収バルブ、４５：スラグ流下画像処理装置、４６：監視カメラ、４７：フレアスタック、４８：圧縮機から空気分離器への空気の流量調整部、４９：フレアスタックの空気の流量調整部、１０１：クエンチ部に流入する生成ガスの流れ、１０２：ガス化部で発生する生成ガスの流れ、１０３：スラグタップを上昇する燃焼ガスの流れ、１０４：クエンチ部で反転する生成ガスの流れ、１０５：クエンチ部に投入された生成ガスの流れ、１０６：クエンチ部に投入された酸素含有ガスの流れ、１０７：クエンチ部を上昇する燃焼ガスの流れ、１０８：衝突により側壁方向に拡散する生成ガスの流れ、１０９：クエンチ部内を拡散する生成ガスの流れ、１１０：衝突により側壁方向に拡散する酸素含有ガスの流れ、１１１：クエンチ部内を拡散する酸素含有ガスの流れ、１１２：下段バーナの中心線、１１３：全ての下段バーナの中心線を接線とする仮想円。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭等の固体燃料をガス化するガス化炉、ガス化炉を備えたガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化炉を備えたガス化発電プラントの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭等の固体燃料をガス化するガス化炉を運転する場合には、ガス化炉のスラグタップ開口部での溶融スラグの固化・閉塞を防ぎ、溶融スラグを安定に流下させる必要がある。このため、ガス化炉のスラグタップ下面側を加熱する必要がある。
【０００３】
ガス化炉のスラグタップ下面側を加熱する方法として、スラグタップ直下に設けられた起動バーナを用いるのが通例である。しかしながらガス化炉のランニングコストを低減するには、この起動バーナから投入する軽油等の助燃燃料を削減することが不可欠である。 特開平７−１１２６１号公報には、ガス化炉の起動バーナから酸化剤と、ガス化炉で発生したＣＯ及びＨ２を主成分とする生成ガス（リサイクルガス）を再循環させて投入し、スラグタップの加熱と、ランニングコストの低減を図る技術が開示されている。
【０００４】
特開平７−２９２３６８号公報には、スラグタップの下部にガス化炉で生成した生成ガスの一部を導入して燃焼させるリサイクルガスバーナと、酸素又は酸素富化空気の投入ノズルを設けて、このリサイクルガスバーナから供給した生成ガスと、酸素又は酸素富化空気の投入ノズルから供給した酸素とをスラグタップの直下で混合して燃焼させ、前記スラグタップを加熱する構成にして、溶融スラグが固化することによるスラグタップ開口部の閉塞を防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１２６１号公報（第１図）
【特許文献２】特開平７−２９２３６８号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特開平７−２９２３６８号公報に開示されたガス化炉においては、スラグタップの開口部を加熱するためにガス化炉で生成した生成ガスの一部をリサイクルバーナから供給して燃焼させることにより、溶融スラグの固化によるスラグタップの開口部の閉塞を防止しているが、溶融スラグの固化防止を優先させるためにリサイクルバーナから供給して燃焼させる生成ガス量が多くなり、加熱で消費する熱エレルギーが増大してガス化炉のエネルギー効率の低下が大きくなる。
【０００７】
更に、ガス化炉のスラグタップ開口部の温度が適正な温度よりも高温となって、スラグタップの開口部から高温の溶融スラグが流下してクエンチ部のノズルや、壁面を損傷することになり、ガス化炉の信頼性が低下する。
【０００８】
本発明の目的は、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のガス化炉は、バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉において、スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、前記クエンチ部内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルを該生成ガスノズルよりも下方の位置に設置したことを特徴とする。
【００１０】
本発明のガス化発電プラントは、バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備え、スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、前記クエンチ部内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズル、及び助燃用の燃料を燃焼させる起動バーナを該生成ガスノズルよりも下方のクエンチ部の位置にそれぞれ設置し、スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部に温度計を設置し、この温度計で測定した温度検出値に基づいて生成ガスノズルから供給する生成ガス量、及び酸素含有ガスノズルから供給する酸素含有ガス量を制御する制御装置を設置したガス化炉を備えており、このガス化炉のガス化部で生成した生成ガスを前記ガス化炉から導いて生成ガスの脱硫を行なう脱硫装置と、この脱硫装置によって脱硫した生成ガスを燃料として燃焼し燃焼ガスを発生させる燃焼器と、燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、このガスタービンで駆動して発電する発電機及び空気を圧縮して前記燃焼器に燃焼用空気として供給する圧縮機と、前記脱硫装置から分岐した生成ガスの一部を前記ガス化炉の生成ガスノズルに供給する系統と、前記圧縮機から抽気した空気から酸素を分離する空気分離器と、この空気分離器で分離した酸素を前記ガス化炉の酸素含有ガスノズルに供給する系統を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のガス化炉の運転方法は、バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉の運転方法において、スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部の温度を測定してこの測定した温度検出値に基づいて、スラグタップに近接したクエンチ部に設置した生成ガスノズルを通じて前記ガス化部で発生した生成ガスの一部をスラグタップに近接したクエンチ部内に供給する生成ガス量を制御すると共に、この供給された生成ガスを燃焼させるために前記クエンチ部に設置した酸素含有ガスノズルを通じて供給する酸素含有ガス量を制御することを特徴とする。
【００１２】
本発明のガス化発電プラントの運転方法は、バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられその中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉を備えており、このガス化炉のガス化部で生成した生成ガスを前記ガス化炉から導いて脱硫装置で生成ガスの脱硫を行ない、脱硫した生成ガスを燃料として燃焼器で燃焼して燃焼ガスを発生させ、発生した燃焼ガスでタービンを駆動して該タービンで駆動した発電機で発電し、該タービンで駆動した圧縮機で空気を圧縮して前記燃焼器に燃焼用空気として供給し、前記脱硫装置から分岐した生成ガスの一部を前記ガス化炉のクエンチ部に設置した生成ガスノズルに供給すると共に、前記圧縮機から抽気した空気から空気分離器で酸素を分離してこの分離した酸素を前記ガス化炉のクエンチ部に設置した酸素含有ガスノズルに供給するようにしたガス化発電プラントの運転方法において、ガス化炉のスラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部の温度を測定してこの測定した温度検出値に基づいて、スラグタップに近接したクエンチ部に設置した前記生成ガスノズルを通じて前記ガス化部で発生した生成ガスの一部をスラグタップに近接したクエンチ部内に供給する生成ガス量を制御すると共に、この供給された生成ガスを燃焼させるためにクエンチ部に設置した前記酸素含有ガスノズルを通じて供給する酸素含有ガス量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図。
【図２】図１に示した本発明の第１実施例であるガス化炉の内部の流動状態を模式的に示した説明図。
【図３】本発明の第２実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図。
【図４】図３に示した本発明の第２実施例であるガス化炉の内部の流動状態を模式的に示した説明図。
【図５】本発明の第３実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図。
【図６】図５に示した本発明の第３実施例であるガス化炉の内部の流動状態を模式的に示した説明図。
【図７】図５に示した本発明の第３実施例のガス化炉の生成ガスノズル高さ断面における流動状態を模式的に示した説明図。
【図８】図５に示した本発明の第３実施例のガス化炉の酸素含有ガスノズル高さ断面における流動状態を模式的に示した説明図。
【図９】本発明の第４実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図。
【図１０】図９に示した本発明の第４実施例であるガス化炉のスラグタップ部を示す上面図。
【図１１】本発明の第５実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図。
【図１２】図１１に示した本発明の第５実施例であるガス化炉の内部の流動状態を模式的に示した説明図。
【図１３】本発明の第５実施例であるガス化炉でのクエンチ部投入酸素量に対するスラグタップ開口部の直下近傍ガス温度のガス化試験結果
【図１４】本発明の第６実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図。
【図１５】図１４に示した本発明の第６実施例であるガス化炉のスラグタップ部を示す上面図。
【図１６】本発明の第７実施例であるガス化発電プラントの構成を示す全体構成図。
【図１７】本発明の第８実施例であるガス化発電プラントの構成を示す全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施例であるガス化炉及びガス化発電プラントについて図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第１実施例であるガス化炉について図１及び図２を用いて説明する。
【００１７】
本発明の第１実施例は、定常運転中のガス化炉のスラグタップの加熱に、酸素含有ガス、及びガス化炉で発生した生成ガスの一部を用いるように構成したガス化炉である。
【００１８】
図１は本発明の第１実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図であり、図１に示したように、ガス化炉１は外形が円筒状に形成されており、このガス化炉１の頂部と底部に開口部を有し、その内部で燃料の石炭中の可燃分を酸素と燃焼反応させてガス化し、ＣＯ及びＨ２を主成分とする生成ガスを発生させるガス化部２と、ガス化部２で石炭中の灰分が溶融した溶融スラグをその中央部に形成した開口部から下方に流下させるスラグタップ３と、スラグタップ３の直下に位置して、溶融したスラグを下方の冷却水槽６に導くバッファ空間となるクエンチ部５と、クエンチ部５の下方に位置するスラグ冷却水槽６とを備えている。
【００１９】
ガス化部２を内部に形成するガス化炉１の壁面には、上段バーナ７と下段バーナ８がそれぞれ接線方向に取り付けられており、前記上段バーナ７と下段バーナ８からは、微粉にした固体燃料の石炭と、酸素含有ガスの一例として、窒素及び酸素（図示せず）とが、ガス化部２内に投入されてこのガス化部２内で旋回流を形成する。尚、窒素の他、不活性ガスを用いてもよい。
【００２０】
そして前記ガス化部２の内部では、上段バーナ７と下段バーナ８から投入された石炭中の可燃分が酸素との燃焼反応によってガス化し、ＣＯ及びＨ２を主成分とする生成ガスを発生する。この生成ガスは、前記上段バーナ７と下段バーナ８からガス化部２内に投入される酸素量が、石炭の完全燃焼に必要な酸素量よりも少ない条件で供給されて石炭中の可燃分と燃焼反応することによって得られる。
【００２１】
ガス化部２内で発生した生成ガスの流れ１０２は、ガス化部２の内壁面近傍を旋回しながら下降し、ガス化部２の下部に設置されたスラグタップ３で反転して上昇流となってガス化部２内をその軸心部に沿って上昇する。
【００２２】
また、一部の生成ガスは、ガス化部２の下部に設置されたスラグタップ３の中央部に形成されたスラグタップ開口部４を下降してクエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１となる。
【００２３】
一方、前記ガス化部２の内部で石炭中の灰分（不燃物）は、ガス化部２内に形成された旋回流によって遠心力を受けてガス化部２の内壁面側に移動する。この灰分は、石炭と酸素の燃焼反応で形成される高温火炎にさらされて溶融し、溶融スラグとなってガス化部２の内壁面に付着する。
【００２４】
そしてこの溶融スラグはガス化部２の内壁面を流下し、スラグタップ３の上面を通ってスラグタップ３の中央部に形成されたスラグタップ開口部４からクエンチ部５に流下する。
【００２５】
クエンチ部５に流下した溶融スラグはクエンチ部５の下方に設置されたスラグ冷却水槽６に落下して冷却水によって急冷され、非晶質（ガラス状）の水砕スラグとして回収される。水砕スラグは、灰分を減容化し、重金属の溶出を検出限界以下に抑制できることから、路盤材や骨材などに有効利用できる可能性がある。
【００２６】
ガス化炉１に設けたクエンチ部５の役割は、溶融スラグの融点以上と高温なガス化部２及びスラグタップ開口部４と、低温のスラグ冷却水槽６とを繋ぐバッファ空間であり、スラグタップ開口部４から流下した溶融スラグを、スラグ冷却水槽６に導くことである。
【００２７】
従って、クエンチ部５の上部、特に、スラグタップ開口部４の直下付近のガス温度は、溶融スラグの融点以上に保温する必要がある。これは、ひとたび溶融スラグが冷却して固化すると、固化した溶融スラグによってスラグタップ開口部４が閉塞して溶融スラグをガス化炉１から系外に排出できなくなり、ガス化炉１の運転を停止せざるを得なくなるためである。
【００２８】
クエンチ部５の上部は、ガス化部２からの輻射熱と、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１、及びスラグタップ開口部４より流下する溶融スラグの持込み熱で、高温場となる。
【００２９】
溶融スラグの融点が高い場合には、スラグタップ開口部４の直下付近のガス温度を溶融スラグの融点以上に保温すべく、スラグタップ開口部４の直下付近を、さらに加熱する必要がある。
【００３０】
そこで、定常運転時のスラグタップ開口部４の直下付近の加熱には、ガス化炉１のガス化部２で発生する生成ガスの一部を燃料としてクエンチ部５内に供給して燃焼し、スラグタップ開口部４を加熱する。
【００３１】
本実施例ではガス化部２で発生した生成ガスの一部をクエンチ部５内に供給する供給手段として、クエンチ部５の壁面に生成ガスノズル９を設置する。更に、前記生成ガスノズル９から供給する生成ガスをクエンチ部５内で燃焼させるために必要な酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズル１０を、生成ガスノズル９の下部となる位置のクエンチ部５の壁面に設置する。
【００３２】
前記生成ガスノズル９に供給するガス化部２で発生した生成ガスは、後述する第７実施例のガス化発電プラントで、ガス化部２で生成されてガス化炉１の上部から排出した生成ガス１９を脱硫装置１８で分岐し、生成ガスノズル供給用の生成ガス２９としてこの生成ガスノズル９に供給するように構成している。
【００３３】
本実施例では生成ガスノズル９から供給される生成ガス量を制御する制御装置２００が設置されており、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部４の閉塞を防止させるために生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給して燃焼させ、スラグタップ開口部４を所望の温度に加熱する生成ガスの供給量が常に適正な流量となるように制御する。
【００３４】
即ち、クエンチ部５の壁面に上から順に設置されたスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２と、生成ガスノズル９の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１３と、酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１４とによってそれぞれ計測された温度検出値を制御装置２００に入力させる。温度計１２を設置する場所は、スラグタップ開口部４の直下近傍であり、例えば、スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部に設置する。
【００３５】
そしてスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２で検出した温度検出値は、前記制御装置２００において予め設定された溶融スラグの固化を防止し得るスラグタップ開口部４の温度に対応した下限の設定温度との温度偏差を計算し、この計算した温度偏差に基づいて生成ガスノズル９からクエンチ部５に供給すべき生成ガスの流量となる指令信号、並びにこの生成ガスを燃焼させるために必要な、酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５に供給すべき酸素の流量となる指令信号をそれぞれ演算して、前記生成ガスノズル９の上流に設置した生成ガスの流量調整部３６、並びに酸素含有ガスの流量を調節するために前記酸素含有ガスノズル１０の上流に設置した酸素の流量調整部３７及び窒素の流量調整部３８の各開度を操作する指令信号として出力する。
【００３６】
この結果、常に最小流量の生成ガスを前記生成ガスノズル９からクエンチ部５に供給し、この生成ガスを燃焼させるのに必要な酸素含有ガスを供給することによって前記生成ガスを燃焼させ、スラグタップ開口部４を石炭灰の融点以上となる所望の温度に加熱できるので、溶融スラグが固化してスラグタップ開口部４を閉塞することは防止できる。
【００３７】
また、温度計１３、１４は溶損防止の監視用に使用する。
【００３８】
生成ガスノズル９からクエンチ部５に投入する生成ガスの供給量を少なくするほどガス化炉１のエネルギー効率が良くなる。このため、クエンチ部５の壁面に設ける生成ガスノズル９をスラグタップ３の直下の位置に配設し、生成ガスをスラグタップ開口部４の直下に向けて供給して燃焼させ、スラグタップ開口部４の直下付近を加熱するのが好適である。
【００３９】
生成ガスノズル９からクエンチ部５に供給された生成ガス、及びガス化部２から生成ガスの流れ１０１としてスラグタップ開口部４を下降してクエンチ部５内に流入する生成ガスをそれぞれ燃焼させるために必要な酸素含有ガスは、生成ガスノズル９よりも下方の位置となるクエンチ部５の壁面に設置した酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する。
【００４０】
また、クエンチ部５内の温度を監視するために、クエンチ部５の壁面には、上から順にスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２と、生成ガスノズル９の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１３と、酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１４を、各２本ずつ対応させてそれぞれ設置している。
【００４１】
本実施例のガス化炉１では上記した構成を採用することによって、生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０の各ノズルの口径を小さくでき、前記生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０をスラグタップ３に近い高さの位置に設置できる。
【００４２】
スラグタップ３に近い位置から生成ガス、及び酸素含有ガスを供給できれば、高温火炎をスラグタップ開口部４に近づけることができる。これにより、少ない燃料でスラグタップ開口部４を高温化できる。
【００４３】
酸素含有ガスノズル１０の酸素と、ガス化部２からスラグタップ開口部４を下降してクエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１でスラグタップ開口部４を加熱する場合も、酸素含有ガスノズル１０をスラグタップ３に近づけたほうが良い。スラグタップに近い位置で酸素を供給すれば、クエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１とスラグタップ開口部４の直下で混合して燃焼するためである。
【００４４】
これは、クエンチ部５の壁面が、水冷メンブレン構造（冷却水管とメンブレンバー（金属板）を交互に溶接した冷却壁面の構造）であることによる。ノズルやバーナの挿入口を迂回させて冷却水管を配設させるために冷却水管をノズルやバーナの挿入口の位置では曲げて配設する必要があるが、これに対してノズルやバーナの口径を小径に形成することができれば、水管の曲げ量はより小さくなり、生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０をスラグタップ３に近づけて配設することが可能になる。
【００４５】
次に、ガス化炉１のガス化部２で溶融した溶融スラグを、スラグタップ開口部４で溶融スラグを冷却・固化させることなく、スラグタップ開口部４からクエンチ部５及び該クエンチ部５の下方に設置されたスラグ冷却水槽６に安定に流下させるスラグタップ開口部４の加熱方法について、図１及び図２を用いて更に詳細に説明する。
【００４６】
図２は、図１に示した本実施例のガス化炉１のスラグタップ３付近を示す部分拡大図に、ガスの流動状況を模式的に加えた説明図である。
【００４７】
図２において、ガス化炉１のクエンチ部５の壁面には、上から順に、生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０が設置されている。酸素含有ガスノズル１０は、生成ガスノズル９の直下の位置に設けられており、スラグタップ開口部４の直下に存在する生成ガスの、クエンチ部５の下方への拡散を抑制させている。
【００４８】
クエンチ部５内の温度を監視する箇所は、スラグタップ開口部４の直下近傍と、クエンチ部５の壁面近傍とする。スラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２は、スラグタップ開口部４からの溶融スラグの流下状況を監視する。これは、スラグタップ開口部４内に温度計を設置しても、絶えず流下する溶融スラグの付着によってガス温度の正確な計測が難しいことと、温度計が破損する恐れがあるためである。
【００４９】
これに対し、スラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度を、溶融スラグの融点以上に加熱できれば、溶融スラグの温度計への付着のリスクを抑えることができる。
【００５０】
従って、図１に示したように、本実施例ではスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２によってスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定し、この温度計１２で測定した温度の検出値に基づいて制御装置２００にて設定温度との偏差を計算して、この偏差温度に対応した生成ガス量を演算すると共に、この生成ガス量を燃焼させるために必要な酸素量を演算して各指令信号を出力し、生成ガスの流量調整部３６を操作して生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給する必要最小限の生成ガス量を制御すると共に、酸素含有ガスノズル供給用の流量調整部３７の開度を操作して酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を制御して前記生成ガスを好適に燃焼させる。 即ち、前記温度計１２で測定したスラグタップ開口部４の直下近傍の温度が所望の温度を保持するように制御装置２００によって生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給する必要最小限の生成ガス量を制御すると共に、酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を制御することによって前記生成ガスを燃焼させ、スラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度が溶融スラグの融点以上となるように加熱するものである。
【００５１】
前記温度計１２によるスラグタップ開口部４の直下近傍の温度監視は、スラグタップ開口部４の下端面における溶融スラグが冷却・固化するリスクを監視して、制御装置２００によって生成ガスの流量調整部３６の開度を操作して生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給して燃焼させる生成ガスの流量を必要最小限に調節すると共に、酸素含有ガスノズル供給用の流量調整部３７の開度を操作して、生成ガスを燃焼させるために必要となる酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を調節して前記生成ガスを好適に燃焼させて、スラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度が溶融スラグの融点以上となるように加熱する。
【００５２】
本実施例では、生成ガスノズル９の直上に対向して温度計１２を２本設置した場合について説明したが、設置する温度計の数は、多いほど良い。
【００５３】
クエンチ部５の壁面近傍のガス温度は、生成ガスノズル９の直下の位置となる壁面近傍の温度を測定する温度計１３、及び／或いは酸素含有ガスノズル１０の直下の位置となる壁面近傍の温度を測定する温度計１４を設置して計測すると良い。これは、クエンチ部５の壁面を保護するものである。
【００５４】
そしてスラグタップ開口部４からクエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１の拡散状況を前記温度計１３、及び／或いは温度計１４によって監視する。
【００５５】
生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０から、それぞれ生成ガス、及び酸素含有ガスをクエンチ部５内に投入する場合は、クエンチ部５の壁面と上記生成ガスノズル９と酸素含有ガスノズル１０の焼損リスクを回避する必要がある。このため、生成ガスノズル９の直下の壁面近傍の温度計１３と、酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍の温度計１４を用いて温度を監視すると良い。
【００５６】
温度計１３及び温度計１４のいずれの温度計も、対向させて各２箇所以上設置して生成ガスノズル９と酸素含有ガスノズル１０、及び壁面近傍のガス温度を監視する。
【００５７】
次に、図２を用いて図１に示した本実施例のガス化炉１におけるクエンチ部５の壁面に生成ガスノズル９及び酸素含有ガスノズル１０を１本ずつ設置したガス化炉１におけるスラグタップ開口部４を加熱する場合のスラグタップ３近傍からクエンチ部５内のガスの流れについて説明する。
【００５８】
ガス化部２内で発生する生成ガスの流れ１０２の一部が、スラグタップ３の上面付近で反転せずにスラグタップ開口部４に流入する。これが、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１であり、下降する旋回流である。
【００５９】
クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１となる生成ガス量は、スラグタップ開口部４の形状や、ガス化部２内のガス流速等に影響されるものの、全生成ガス量の数％以上に達する。本実施例では、スラグタップ開口部４の形状を、楕円とした場合で説明する。
【００６０】
図２に示したようにガス化部２からクエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１は、クエンチ部５内で拡散しながら減衰し、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４となり、クエンチ部５の中心部、即ち、スラグタップ開口部４の直下に集まる。
【００６１】
これは、ガス化部２で発生する生成ガスの流れ１０２が旋回流を形成し、ガス化部２の
軸心側が負圧となるためである。このため、ガス化部２で発生した生成ガス及びクエンチ
部５内のガスは、全てガス化部２の軸心に沿って上昇し、ガス化炉１から排出されて下流
側の機器に流下する。
【００６２】
そこで、スラグタップ開口部４の直下に、酸素を含むガスを供給すると、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４と混合・燃焼するため、スラグタップ開口部４の直下を加熱できる。ガス化炉１のランニングコスト低減と、スラグタップ３の耐火材やクエンチ部５の壁面の長寿命化には、スラグタップ開口部４の直下の局所的な加熱が有効である。
【００６３】
この場合、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４と、クエンチ部５内に酸素含有ガスノズル１０から投入された酸素含有ガスの流れ１０６とを緩慢混合させる流動が良い。クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４の拡散を、クエンチ部５内に酸素含有ガスノズル１０から投入された酸素含有ガスの流れ１０６で抑え、かつ、両者を緩慢混合させることによって、高温火炎が形成されないので、スラグタップ３の耐火材を保護できる。
【００６４】
上記の流動を形成するための方法の一つは、クエンチ部５の壁面に設置された１本の酸素含有ガスノズル１０を用い、クエンチ部５内にこの酸素含有ガスノズル１０から投入された酸素含有ガスの流れ１０６による上昇渦の形成である。
【００６５】
ここで、スラグタップ開口部４をさらに加熱させる必要がある場合は、ガス化部２で生成した生成ガスの一部を供給する生成ガスノズル９から生成ガスをスラグタップ開口部４の直下に補給し、酸素含有ガスも増量して燃焼させる。
【００６６】
そして、スラグタップ開口部４でのスラグ流下状況の監視と、上記のクエンチ部５に投入するガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２を設置してスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で検出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量を調節すると共に、この生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を調節することで前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、ガス化部２でガス化される石炭の性状が変わっても、クエンチ部５に生成ガスノズル９及び酸素含有ガスノズル１０から投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量を必要最小限に抑制できる。
【００６７】
以上説明したように、本実施例によれば、バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉において、スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、前記クエンチ部内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルを該生成ガスノズルよりも下方の位置に設置した構成のガス化炉により、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得る。
【００６８】
また、以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【００６９】
また、以上説明した実施例では、生成ガスノズル９よりも酸素含有ガスノズル１０を下に配置したが、生成ガスノズル９よりも酸素含有ガスノズル１０を上に配置したり、同じ高さに配置しても良い。スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、スラグタップに近接したクエンチ部の位置に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルを設置したことにより、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得る。
【実施例２】
【００７０】
本発明の第２実施例であるガス化炉について図３及び図４を用いて説明する。
【００７１】
本発明の第２実施例のガス化炉は図１及び図２に示した第１実施例のガス化炉と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ下記に説明する。
【００７２】
図３は本発明の第２実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図であり、第１実施例のガス化炉と同様に、前記ガス化部２の内部では上段バーナ７と下段バーナ８から投入された石炭中の可燃分が酸素との燃焼反応によってガス化し、ＣＯ及びＨ２を主成分とする生成ガス１０２を発生する。
【００７３】
ガス化部２内で発生した生成ガスの流れ１０２は、ガス化部２の内壁面近傍を旋回しながら下降し、ガス化部２の下部に設置されたスラグタップ３で反転して上昇流となってガス化部２内をその軸心部に沿って上昇する。また、一部の生成ガスは、ガス化部２の下部に設置されたスラグタップ３の中央部に形成されたスラグタップ開口部４を下降してクエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１となる。
【００７４】
一方、前記ガス化部２の内部で石炭中の灰分（不燃物）は、ガス化部２内に形成された旋回流によって遠心力を受けてガス化部２の内壁面側に移動する。この灰分は、石炭と酸素の燃焼反応で形成される高温火炎にさらされて溶融し、溶融スラグとなってガス化部２の内壁面に付着する。
【００７５】
そしてこの溶融スラグはガス化部２の内壁面を流下し、スラグタップ３の上面を通ってスラグタップ３の中央部に形成されたスラグタップ開口部４からクエンチ部５に流下し、クエンチ部５の下方に設置されたスラグ冷却水槽６に落下して冷却水によって急冷され、非晶質（ガラス状）の水砕スラグとして回収される。
【００７６】
ガス化炉１に設けたクエンチ部５の役割は、溶融スラグの融点以上と高温なガス化部２及びスラグタップ開口部４と、低温のスラグ冷却水槽６とを繋ぐバッファ空間であり、スラグタップ開口部４から流下した溶融スラグを、スラグ冷却水槽６に導くことである。
【００７７】
従って、クエンチ部５の上部、特に、スラグタップ開口部４の直下付近のガス温度は、溶融スラグの融点以上に保温する必要がある。これは、ひとたび溶融スラグが冷却して固化すると、固化した溶融スラグによってスラグタップ開口部４が閉塞して溶融スラグをガス化炉１から系外に排出できなくなり、ガス化炉１の運転を停止せざるを得なくなるためである。
【００７８】
クエンチ部５の上部は、ガス化部２からの輻射熱と、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１、及びスラグタップ開口部４より流下する溶融スラグの持込み熱で、高温場となる。
【００７９】
溶融スラグの融点が高い場合には、スラグタップ開口部４の直下付近のガス温度を溶融スラグの融点以上に保温すべく、スラグタップ開口部４の直下付近を、さらに加熱する必要がある。
【００８０】
スラグタップ開口部４の直下付近を加熱する最も簡便な運転方法は、ガス化炉１の起動・停止時の助燃用としてクエンチ部５の壁面に起動バーナ１１を設け、この起動バーナ１１によって燃料を燃焼させてスラグタップ開口部４の直下付近を加熱することである。
【００８１】
起動バーナ１１はガス化炉１の起動時にガス化部２内を加熱し、またガス化炉１の停止時に溶融スラグをガス化部２から流下させるためにガス化部２内を加熱するものである。
【００８２】
一般に、起動バーナ１１の燃料は軽油等である。このため、ガス化炉１と独立した運用が可能である。
【００８３】
一方で、ガス化炉１のランニングコスト低減と、エネルギー効率向上を両立させる必要がある。このため、ガス化炉１の起動・停止、及び非常時を除いて、起動バーナ１１による軽油等の助燃燃料を用いないでスラグタップ開口部４の直下付近を加熱する必要がある。
【００８４】
そこで、定常運転時のスラグタップ開口部４の直下付近の加熱には、起動バーナ１１で軽油を燃焼させる代わりに、ガス化炉１のガス化部２で発生する生成ガスの一部を燃料としてクエンチ部５内に供給して燃焼し、スラグタップ開口部４を加熱する。
【００８５】
本実施例ではガス化部２で発生した生成ガスの一部をクエンチ部５内に供給する供給手段として、起動バーナ１１の上部となる位置のクエンチ部５の壁面に生成ガスノズル９を設置している。
【００８６】
更に、前記生成ガスノズル９から供給する生成ガスをクエンチ部５内で燃焼させるために必要な酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズル１０を、起動バーナ１１の上部で、且つ、生成ガスノズル９の下部となる位置のクエンチ部５の壁面に設置している。
【００８７】
前記生成ガスノズル９に供給するガス化部２で発生した生成ガスは、後述する第７実施例のガス化発電プラントで、ガス化部２で生成されてガス化炉１の上部から排出した生成ガス１９を脱硫装置１８で分岐し、生成ガスノズル供給用の生成ガス２９としてこの生成ガスノズル９に供給するように構成している。
【００８８】
本実施例では生成ガスノズル９から供給される生成ガス量を制御する制御装置２００が設置されており、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部４の閉塞を防止させるために生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給して燃焼させ、スラグタップ開口部４を所望の温度に加熱する生成ガスの供給量が常に適正な流量となるように制御する。
【００８９】
即ち、クエンチ部５の壁面に上から順に設置されたスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２と、生成ガスノズル９の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１３と、酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１４とによってそれぞれ計測された温度検出値を制御装置２００に入力させる。温度計１２を設置する場所は、スラグタップ開口部４の直下近傍であり、例えば、スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部に設置する。
【００９０】
そしてスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２で検出した温度検出値は、前記制御装置２００において予め設定された溶融スラグの固化を防止し得るスラグタップ開口部４の温度に対応した下限の設定温度との温度偏差を計算し、この計算した温度偏差に基づいて生成ガスノズル９からクエンチ部５に供給すべき生成ガスの流量となる指令信号、並びにこの生成ガスを燃焼させるために必要な、酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５に供給すべき酸素の流量となる指令信号をそれぞれ演算して、前記生成ガスノズル９の上流に設置した生成ガスの流量調整部３６、並びに酸素含有ガスの流量を調節するために前記酸素含有ガスノズル１０の上流に設置した酸素の流量調整部３７及び窒素の流量調整部３８の各開度を操作する指令信号として出力する。
【００９１】
この結果、常に最小流量の生成ガスを前記生成ガスノズル９からクエンチ部５に供給し、この生成ガスを燃焼させるのに必要な酸素含有ガスを供給することによって前記生成ガスを燃焼させ、スラグタップ開口部４を石炭灰の融点以上となる所望の温度に加熱できるので、溶融スラグが固化してスラグタップ開口部４を閉塞することは防止できる。
【００９２】
また、温度計１３、１４は溶損防止の監視用に使用する。
【００９３】
生成ガスノズル９からクエンチ部５に投入する生成ガスの供給量を少なくするほどガス化炉１のエネルギー効率が良くなる。このため、クエンチ部５の壁面に設ける生成ガスノズル９をスラグタップ３の直下の位置に配設し、生成ガスをスラグタップ開口部４の直下に向けて供給して燃焼させ、スラグタップ開口部４の直下付近を加熱するのが好適である。
【００９４】
生成ガスノズル９からクエンチ部５に供給された生成ガス、及びガス化部２から生成ガスの流れ１０１としてスラグタップ開口部４を下降してクエンチ部５内に流入する生成ガスをそれぞれ燃焼させるために必要な酸素含有ガスは、生成ガスノズル９よりも下方の位置で、起動バーナ１１よりも上方の位置となるクエンチ部５の壁面に設置した酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する。
【００９５】
また、クエンチ部５内の温度を監視するために、クエンチ部５の壁面には、上から順にスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２と、生成ガスノズル９の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１３と、酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１４を、各２本ずつ対応させてそれぞれ設置している。
【００９６】
本実施例のガス化炉１では上記した構成を採用することによって、生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０の各ノズルの口径を、起動バーナ１１の口径よりも小さくでき、前記生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０をスラグタップ３に近い高さの位置に設置できる。
【００９７】
スラグタップ３に近い位置から生成ガス、及び酸素含有ガスを供給できれば、起動バーナ１１を用いた場合よりも、高温火炎をスラグタップ開口部４に近づけることができる。これにより、少ない燃料でスラグタップ開口部４を高温化できる。
【００９８】
酸素含有ガスノズル１０の酸素と、ガス化部２からスラグタップ開口部４を下降してクエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１でスラグタップ開口部４を加熱する場合も、酸素含有ガスノズル１０をスラグタップ３に近づけたほうが良い。スラグタップに近い位置で酸素を供給すれば、クエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１とスラグタップ開口部４の直下で混合して燃焼するためである。
【００９９】
これは、クエンチ部５の壁面が、水冷メンブレン構造（冷却水管とメンブレンバー（金属板）を交互に溶接した冷却壁面の構造）であることによる。ノズルやバーナの挿入口を迂回させて冷却水管を配設させるために冷却水管をノズルやバーナの挿入口の位置では曲げて配設する必要があるが、これに対してノズルやバーナの口径を小径に形成することができれば、水管の曲げ量はより小さくなり、生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０を、起動バーナ１１よりもスラグタップ３に近づけて配設することが可能になる。
【０１００】
次に、ガス化炉１のガス化部２で溶融した溶融スラグを、スラグタップ開口部４で溶融スラグを冷却・固化させることなく、スラグタップ開口部４からクエンチ部５及び該クエンチ部５の下方に設置されたスラグ冷却水槽６に安定に流下させるスラグタップ開口部４の加熱方法について、図３及び図４を用いて更に詳細に説明する。
【０１０１】
図４は、図３に示した本実施例のガス化炉１のスラグタップ３付近を示す部分拡大図に、ガスの流動状況を模式的に加えた説明図である。
【０１０２】
図４において、ガス化炉１のクエンチ部５の壁面には、上から順に、生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０、起動バーナ１１が設置されている。酸素含有ガスノズル１０は、生成ガスノズル９の直下の位置に設けられており、スラグタップ開口部４の直下に存在する生成ガスの、クエンチ部５の下方への拡散を抑制させている。
【０１０３】
クエンチ部５内の温度を監視する箇所は、スラグタップ開口部４の直下近傍と、クエンチ部５の壁面近傍とする。スラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２は、スラグタップ開口部４からの溶融スラグの流下状況を監視する。これは、スラグタップ開口部４内に温度計を設置しても、絶えず流下する溶融スラグの付着によってガス温度の正確な計測が難しいことと、温度計が破損する恐れがあるためである。
【０１０４】
これに対し、スラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度を、溶融スラグの融点以上に加熱できれば、溶融スラグの温度計への付着のリスクを抑えることができる。
【０１０５】
従って、図３に示したように、本実施例ではスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２によってスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定し、この温度計１２で測定した温度の検出値に基づいて制御装置２００にて設定温度との偏差を計算して、この偏差温度に対応した生成ガス量を演算すると共に、この生成ガス量を燃焼させるために必要な酸素量を演算して各指令信号を出力し、生成ガスの流量調整部３６を操作して生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給する必要最小限の生成ガス量を制御すると共に、酸素含有ガスノズル供給用の流量調整部３７の開度を操作して酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を制御して前記生成ガスを好適に燃焼させる。
【０１０６】
即ち、前記温度計１２で測定したスラグタップ開口部４の直下近傍の温度が所望の温度を保持するように制御装置２００によって生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給する必要最小限の生成ガス量を制御すると共に、酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を制御することによって前記生成ガスを燃焼させ、スラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度が溶融スラグの融点以上となるように加熱するものである。
【０１０７】
前記温度計１２によるスラグタップ開口部４の直下近傍の温度監視は、スラグタップ開口部４の下端面における溶融スラグが冷却・固化するリスクを監視して、制御装置２００によって生成ガスの流量調整部３６の開度を操作して生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給して燃焼させる生成ガスの流量を必要最小限に調節すると共に、酸素含有ガスノズル供給用の流量調整部３７の開度を操作して、生成ガスを燃焼させるために必要となる酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を調節して前記生成ガスを好適に燃焼させて、スラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度が溶融スラグの融点以上となるように加熱する。
【０１０８】
本実施例では、生成ガスノズル９の直上に対向して温度計１２を２本設置した場合について説明したが、設置する温度計の数は、多いほど良い。
【０１０９】
クエンチ部５の壁面近傍のガス温度は、起動バーナ１１より上部側の位置となる生成ガスノズル９の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１３、及び／或いは酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍の温度を測定する温度計１４を設置して計測すると良い。これは、起動バーナ１１の火炎インピンジを監視し、クエンチ部５の壁面を保護するものである。
【０１１０】
起動バーナ１１を使用しない場合は、スラグタップ開口部４からクエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１の拡散状況を前記温度計１３、及び／或いは温度計１４によって監視する。
【０１１１】
生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０から、それぞれ生成ガス、及び酸素含有ガスをクエンチ部５内に投入する場合は、クエンチ部５の壁面と上記生成ガスノズル９と酸素含有ガスノズル１０の焼損リスクを回避する必要がある。このため、生成ガスノズル９の直下の壁面近傍の温度計１３と、酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍の温度計１４を用いて温度を監視すると良い。
【０１１２】
温度計１３及び温度計１４のいずれの温度計も、対向させて各２箇所以上設置して生成ガスノズル９と酸素含有ガスノズル１０、及び壁面近傍のガス温度を監視する。
【０１１３】
次に、図４を用いて図３に示した本実施例のガス化炉１におけるクエンチ部５の壁面に生成ガスノズル９及び酸素含有ガスノズル１０を１本ずつ設置したガス化炉１におけるスラグタップ開口部４を加熱する場合のスラグタップ３近傍からクエンチ部５内のガスの流れについて説明する。
【０１１４】
ガス化部２内で発生する生成ガスの流れ１０２の一部が、スラグタップ３の上面付近で反転せずにスラグタップ開口部４に流入する。これが、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１であり、下降する旋回流である。
【０１１５】
クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１となる生成ガス量は、スラグタップ開口部４の形状や、ガス化部２内のガス流速等に影響されるものの、全生成ガス量の数％以上に達する。本実施例では、スラグタップ開口部４の形状を、楕円とした場合で説明する。 図４に示したようにガス化部２からクエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１は、クエンチ部５内で拡散しながら減衰し、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４となり、クエンチ部５の中心部、即ち、スラグタップ開口部４の直下に集まる。
【０１１６】
これは、ガス化部２で発生する生成ガスの流れ１０２が旋回流を形成し、ガス化部２の軸心側が負圧となるためである。このため、ガス化部２で発生した生成ガス及びクエンチ部５内のガスは、全てガス化部２の軸心に沿って上昇し、ガス化炉１から排出されて下流側の機器に流下する。
【０１１７】
そこで、スラグタップ開口部４の直下に、酸素を含むガスを供給すると、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４と混合・燃焼するため、スラグタップ開口部４の直下を加熱できる。ガス化炉１のランニングコスト低減と、スラグタップ３の耐火材やクエンチ部５の壁面の長寿命化には、スラグタップ開口部４の直下の局所的な加熱が有効である。 この場合、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４と、クエンチ部５内に酸素含有ガスノズル１０から投入された酸素含有ガスの流れ１０６とを緩慢混合させる流動が良い。クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４の拡散を、クエンチ部５内に酸素含有ガスノズル１０から投入された酸素含有ガスの流れ１０６で抑え、かつ、両者を緩慢混合させることによって、高温火炎が形成されないので、スラグタップ３の耐火材を保護できる。
【０１１８】
上記の流動を形成するための方法の一つは、クエンチ部５の壁面に設置された１本の酸素含有ガスノズル１０を用い、クエンチ部５内にこの酸素含有ガスノズル１０から投入された酸素含有ガスの流れ１０６による上昇渦の形成である。
【０１１９】
ここで、スラグタップ開口部４をさらに加熱させる必要がある場合は、ガス化部２で生成した生成ガスの一部を供給する生成ガスノズル９から生成ガスをスラグタップ開口部４の直下に補給し、酸素含有ガスも増量して燃焼させる。
【０１２０】
そして、スラグタップ開口部４でのスラグ流下状況の監視と、上記のクエンチ部５に投入するガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２を設置してスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で検出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量を調節すると共に、この生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素量を調節することで前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、ガス化部２でガス化される石炭の性状が変わっても、クエンチ部５に生成ガスノズル９及び酸素含有ガスノズル１０から投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量を必要最小限に抑制できる。
【０１２１】
図３及び図４に示した本実施例のガス化炉１では、バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉において、スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、前記クエンチ部内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルを該生成ガスノズルよりも下方の位置に設置し、助燃用の燃料を燃焼させる起動バーナを酸素含有ガスノズルよりも下方となるクエンチ部の位置に設置した構成のガス化炉によって、ガス化炉１の起動・停止時の助燃用として起動バーナを設けた場合でも、第１実施例のガス化炉１の場合と同様に、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得る。
【０１２２】
また、以上説明した実施例では、生成ガスノズル９よりも酸素含有ガスノズル１０を下に配置したが、生成ガスノズル９よりも酸素含有ガスノズル１０を上に配置したり、同じ高さに配置しても良い。スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、スラグタップに近接したクエンチ部の位置に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルを設置したことにより、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得る。
【０１２３】
以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【実施例３】
【０１２４】
次に本発明の第３実施例であるガス化炉について図５乃至図８を用いて説明する。
【０１２５】
本発明の第３実施例のガス化炉は図１及び図２に示した第１実施例のガス化炉と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ下記に説明する。
【０１２６】
本発明の第３実施例のガス化炉は、定常運転中のガス化炉１のスラグタップの加熱に、酸素含有ガスノズル、及びガス化炉で発生した生成ガスの一部を供給する生成ガスノズル９を対向させて各２本ずつクエンチ部５の壁面に設置したガス化炉である。尚、ここでは２本の例で説明するが、実施例４の４本の例や、その他複数本でも実施できる。
【０１２７】
図５は本発明の第３実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図であり、本実施例のガス化炉１では、図５に示したように生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０、及び起動バーナ１１を対向させて各２本ずつクエンチ部５の壁面に設置した構成である。即ち、図１に示した第１実施例のガス化炉１とは、クエンチ部５に設置した各ノズルの本数が、それぞれ１本から２本に変更されたことが異なる。
【０１２８】
図６は、図５に示したガス化炉１のスラグタップ３付近を示す部分拡大図に、ガスの流動状況を模式的に加えた説明図である。
【０１２９】
図６において、本実施例のガス化炉１に備えられたスラグタップ開口部４の形状は、第１実施例のガス化炉１で説明した楕円形状だけでなく、矩形、小判型、ひし形の頂点部分を円弧状とした形状など、扁平のものが適する。
【０１３０】
これは、クエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１の拡散を抑え、スラグタップ開口部４の直下に、生成ガスを滞流できるためである。
【０１３１】
扁平のスラグタップ開口部４とした場合、クエンチ部５内に流入する生成ガスの流れ１０１の旋回（周方向）成分が、スラグタップ開口部４の長軸方向側の壁面に衝突し、減衰するためである。
【０１３２】
次に、図６を用いて図５に示した本実施例のガス化炉１におけるクエンチ部５の壁面に生成ガスノズル９及び酸素含有ガスノズル１０を１本ずつ設置したガス化炉１におけるスラグタップ開口部４の直下を加熱する場合のスラグタップ３近傍からクエンチ部５内のガスの流れについて説明する。
【０１３３】
スラグタップ開口部４の直下に、酸素含有ガスノズル１０から酸素を含むガスを供給し、クエンチ部５内で反転する生成ガスの流れ１０４と混合・燃焼させる。スラグタップ３の耐火材の保護のため、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４の拡散を、クエンチ部５に投入された酸素含有ガスの流れ１０６で抑え、かつ、両者を緩慢混合させて、スラグタップ開口部４の直下で高温火炎を形成させない流動を形成させる。
【０１３４】
このため、本実施例のガス化炉１では、スラグタップ開口部４の直下で、２本の酸素含有ガスノズル１０を水平に、対向させて設置する。これらの左右の酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に投入された酸素含有ガスの流れ１０６は、スラグタップ開口部４の直下で衝突して減衰し、クエンチ部５を上昇する燃焼ガスの流れ１０７とともに、ゆっくり上昇する。
【０１３５】
ここで、上昇する酸素は生成ガスと混合して燃焼し、クエンチ部５を上昇する燃焼ガスの流れ１０７となる。
【０１３６】
スラグタップ開口部４をさらに加熱する場合には、スラグタップ開口部４の直下で、酸素含有ガスノズル１０の上方の位置に配設した生成ガスノズル９から燃料となる生成ガスをスラグタップ開口部４の直下に補給して燃焼させ、加熱する。生成ガスノズル９から供給する上記生成ガスの燃焼に必要な酸素は、酸素含有ガスノズル１０から投入する。
【０１３７】
次に、図７を用いて第３実施例のガス化炉１のクエンチ部５に備えられた生成ガスノズル９の設置高さ断面における流動状態について説明する。
【０１３８】
図７において、２本の対向する生成ガスノズル９から噴出する生成ガスは対向噴流としてクエンチ部５内に供給されており、クエンチ部５内に投入された生成ガスの流れ１０５は、直進流でスラグタップ開口部４の直下に達し、相互に衝突する。
【０１３９】
ここで、２本の対向する生成ガスノズル９からクエンチ部５に投入された対向噴流の生成ガスの流れ１０５は減衰し、衝突によって流れ１０５から約９０度流れる方向が変更された壁面方向に拡散する生成ガスの流れ１０８となる。
【０１４０】
対向噴流の生成ガスの流れ１０５の衝突により壁面方向に拡散する生成ガスの流れ１０８は渦流れを形成し、クエンチ部５内を拡散する生成ガスの流れ１０９として、スラグタップ開口部４の直下に循環し、スラグタップ開口部４に向かって上昇する。
【０１４１】
以上の流動状態によって、生成ガスはスラグタップ開口部４の直下に滞流しやすく、クエンチ部５の下方から上昇する酸素と混合・燃焼して、スラグタップ開口部４の直下近傍を、局所的に加熱する。
【０１４２】
次に、図８を用いて第３実施例のガス化炉１のクエンチ部５に備えられた酸素含有ガスノズル１０の設置高さ断面における流動状態について説明する。
【０１４３】
図８において、２本の対向する酸素含有ガスノズル１０から酸素含有ガスは対向噴流としてクエンチ部５内に供給されており、クエンチ部５内に投入された酸素含有ガスの流れ１０６は、直進流でスラグタップ開口部４の直下に達し、相互に衝突する。
【０１４４】
ここで、２本の対向する酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５に投入された対向噴流の酸素含有ガスの流れ１０６は減衰し、衝突によって流れ１０６から約９０度流れる方向が変更された壁面方向に拡散する酸素含有ガスの流れ１１０となる。
【０１４５】
対向噴流の酸素含有ガスの流れ１０６の衝突により壁面方向に拡散する酸素含有ガスの流れ１１０は渦流れを形成し、クエンチ部５内を拡散する酸素含有ガスの流れ１１１として、スラグタップ開口部４の直下に循環しながら、スラグタップ開口部４に向かって上昇する。
【０１４６】
ここで、クエンチ部内を拡散する酸素含有ガスの流れ１１１は、衝突により側壁方向に拡散する生成ガスの流れ１０８、及びクエンチ部内を拡散する生成ガスの流れ１０９の、クエンチ部５の下方への拡散を抑える役目も併せ持つ。このため、図４にも示したように、酸素含有ガスノズル１０を、生成ガスノズル９よりも下方の位置に設置する必要がある。
【０１４７】
図５に示した本実施例のガス化炉１においても、図１に示した第１実施例のガス化炉１の場合と同様に、スラグタップ開口部４での溶融スラグの流下状況の監視と、クエンチ部５に投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２でスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定して監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量、及びこの生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０から投入する酸素含有ガス量を調節して供給して前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、スラグタップ開口部４での溶融スラグを所望の温度に加熱して温度低下による固化を未然に防止できる。
【０１４８】
この結果、ガス化部２でガス化される石炭の性状が変わっても、スラグタップ開口部４を加熱して溶融スラグの固化を防止するために、クエンチ部５に生成ガスノズル９及び酸素含有ガスノズル１０から投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量を必要最小限に抑制できる。
【０１４９】
また、生成ガスノズル９の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１３と、酸素含有ガスノズル１０の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１４によって、クエンチ部５の壁面と前記各ノズルのガス温度を監視することができる。
【０１５０】
これは、生成ガスと酸素がクエンチ部５の壁面近傍に拡散した場合を想定し、クエンチ部５の壁面、生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０の損傷を防ぐためである。
【０１５１】
以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【実施例４】
【０１５２】
次に本発明の第４実施例であるガス化炉について図９及び図１０を用いて説明する。
【０１５３】
本発明の第４実施例のガス化炉は図５乃至図８に示した第３実施例のガス化炉と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ下記に説明する。
【０１５４】
本発明の第４実施例のガス化炉は、図９に示したように、酸素含有ガスノズル１０、及び生成ガスノズル９を、それぞれ９０度間隔でクエンチ部５の壁面に４本ずつ設置したガス化炉１である。
【０１５５】
また、ガス化炉１のスラグタップ開口部４は、図１０に示すように、ひし形の頂点部分を円弧状に曲線をもたせた形状を採用している。
【０１５６】
図９は本発明の第４実施例であるガス化炉の概略構成を示す断面図であり、本実施例のガス化炉１では、図９に示したようにスラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２、生成ガスノズル９の直下の壁面近傍に設置した温度計１３、酸素含有ガスノズル１０の直下の壁面近傍に設置した温度計１４も、前記各ノズル本数に対応させて、各４本ずつ設けている。
【０１５７】
図１０は、図９に示した本発明の第４実施例におけるガス化炉１のスラグタップ部３から見たクエンチ部４の上面図であり、スラグタップ開口部４の形状は扁平状の一例としてひし形の頂点部分を円弧状に曲線をもたせた形状を採用している。
【０１５８】
この第４実施例のガス化炉１では、前記第３実施例のガス化炉１でも述べたように、スラグタップ開口部４の形状を扁平とすると、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１の旋回成分を、スラグタップ開口部４内の長軸方向側の壁面に衝突させて減衰させる効果がある。
【０１５９】
ガス化部２で溶融した溶融スラグは、旋回流でクエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１に同伴し、スラグタップ開口部４の全周から流下する。そこでスラグタップ開口部４を円弧状とすることで、溶融スラグを流下させる濡れぶち長さを長くできる。
【０１６０】
これにより、スラグタップ開口部４を流れる溶融スラグの液膜を薄くでき、局所的なスラグの滞留や、スラグタップ３の耐火材の溶損を抑制する。
【０１６１】
次に、クエンチ部５に設置するノズル配置について説明すると、クエンチ部５に設置される生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０は、それぞれ９０度の間隔に４本設置し、スラグタップ開口部４の短辺側、及び長辺側の中心線上で、各２本ずつ対向して配設させている。
【０１６２】
これにより、生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５に投入した生成ガス、酸素含有ガスの流れを、スラグタップ開口部４の直下で、相互に確実に衝突させることができる。
【０１６３】
仮に前記ノズルの設置場所に誤差を生じた場合でも、前記各ノズル９、１０をそれぞれ９０度間隔に４本ずつ設ける方が、各ノズルを２本設けた場合よりも、スラグタップ開口部４の直下で、各ノズルから噴出する生成ガス、酸素含有ガスの噴流が相互に衝突しやすくなる。
【０１６４】
また、前記各ノズル９、１０から噴出する生成ガス、酸素含有ガスの噴流による、クエンチ部５内での溶融スラグの飛散を抑制するためには、生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０には、限界流速がある。
【０１６５】
ここで、クエンチ部５内で溶融スラグが飛散すると、生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０、起動バーナ１１を閉塞させる原因となる。クエンチ部５のノズル、バーナを閉塞させると、スラグタップ開口部４を加熱できなくなって、溶融スラグで閉塞し、ガス化炉停止につながる。
【０１６６】
そこで、クエンチ部５に投入する生成ガス、及び酸素含有ガスの流量をパラメータとして増減する場合に、これらの生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０のノズル本数を多く設置して、運転方法の自由度を確保する。
【０１６７】
例えば、生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５に投入する生成ガス及び酸素含有ガスを少量とした場合、使用する生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０の本数を、それぞれ対向する２本ずつ設置した場合では、生成ガス及び酸素含有ガスのガス量が増加すると、対向する２本のノズルでは、前記限界流速を超過してしまう。
【０１６８】
そこでこの限界流速に対処するために本実施例のガス化炉１の生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０は、対向する２本のノズルに加えて、この対向する２本のノズルと９０度の位置に配設した別の対向する各２本のノズルも併せた各４本のノズルを使用する。
【０１６９】
これにより、前記生成ガスノズル９、及び酸素含有ガスノズル１０の各４本のノズルから噴出される噴流の流速を限界以下に抑えて、クエンチ部５内での溶融スラグ飛散を防止することが可能となる。
【０１７０】
図９に示した本実施例のガス化炉１においても、図１に示した第１実施例のガス化炉１の場合と同様に、スラグタップ開口部４での溶融スラグの流下状況の監視と、クエンチ部５に投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２でスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定して監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で検出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量、及びこの生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０から投入する酸素量を調節して供給して前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、スラグタップ開口部４での溶融スラグを所望の温度に加熱して温度低下による固化を未然に防止できる。
【０１７１】
以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【実施例５】
【０１７２】
次に本発明の第５実施例であるガス化炉について図１１及び図１２を用いて説明する。
【０１７３】
本発明の第５実施例のガス化炉は図５乃至図８に示した第２実施例のガス化炉と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ下記に説明する。
【０１７４】
本発明の第５実施例のガス化炉１のスラグタップ開口部４は、図１１に示すように、小判型とした円弧状に曲線をもたせた形状を採用している。
【０１７５】
図１２は、図１１に示したガス化炉１のスラグタップ３付近を示す部分拡大図に、ガスの流動状況を模式的に加えた説明図である。
【０１７６】
図１１及び図１２に示したように、本実施例のガス化炉１に備えられたスラグタップ開口部４の形状を、小判型などの扁平とすると、ガス化炉１のクエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１の旋回成分は、スラグタップ開口部４内の小判型の長軸方向側の壁面に衝突して減衰する。これにより、クエンチ部５内での生成ガスは拡散しにくく、クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４となりやすい。
【０１７７】
クエンチ部５で反転する生成ガスの流れ１０４は、酸素含有ガスノズル１０から供給される酸素とスラグタップ開口部４の直下で混合・燃焼し、スラグタップ３を上昇する燃焼ガスの流れ１０３となって、スラグタップ開口部４を加熱する。
【０１７８】
スラグタップ開口部４では、ガス化部２の軸心側はガス化部２で発生する生成ガスの流れ１０２の旋回流で負圧となり、スラグタップ３を上昇する燃焼ガスの流れ１０３で加熱される。
【０１７９】
これに対し、スラグタップ開口部４のガス化部２の外周側は、旋回しながらクエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１で加熱される。この旋回流は、ガス化部２の外周側ほど強くなるので、スラグタップ開口部４の小判型の長辺を長くするほど、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１が強くなる。
【０１８０】
ガス化部２の壁面からスラグタップ３の上面を流下する溶融スラグは、ガス化部２で発生する生成ガスの流れ１０２、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１といった旋回流に同伴される。
【０１８１】
溶融スラグの多くは小判型のスラグタップ開口部４の短辺側から流下する。小判型のスラグタップ開口部４は、スラグタップ３を上昇する燃焼ガスの流れ１０３による溶融スラグのガス化部２上方への吹き上げのリスクを軽減する。
【０１８２】
万が一、スラグタップ開口部４の小判型の短辺側を流下する溶融スラグが温度の低下によって固化する場合を想定すると、スラグタップ開口部４の小判型の長辺の長さが縮小する。スラグタップ開口部４の長辺の長さの縮小は、クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１を弱め、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２の温度低下を招くことになる。
【０１８３】
そこで図１１に示した本実施例のガス化炉１においても、図１に示した第１実施例のガス化炉１の場合と同様に、スラグタップ開口部４での溶融スラグの流下状況の監視と、クエンチ部５に投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２でスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定して監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で検出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量、及びこの生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０から投入する酸素量を調節して供給して前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、スラグタップ開口部４での溶融スラグを所望の温度に加熱して温度低下による固化を未然に防止できる。
【０１８４】
また、本実施例のガス化炉１では、スラグタップ開口部４の直下近傍のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１２による温度監視によって溶融スラグの流下状況を監視できる。また、生成ガスノズル９の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１３、酸素含有ガスノズル１０の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１４による温度監視によって、クエンチ部５の壁面、並びに生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０の保護を図ることも可能となる。
【０１８５】
最後に、本発明の効果を示す一例として、スラグタップ開口部４を小判型としたガス化部１でのガス化試験で、酸素含有ガスノズル１０又は起動バーナ１１から、クエンチ部５に酸素含有ガスを供給し、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で溶融スラグの流下状況を監視した試験結果を、図１３に示す。
【０１８６】
本図は、灰溶流点1420℃、燃料比1.2の石炭を用い、クエンチ部５に酸素含有ガスのみ投入したガス化試験結果である。まず、酸素70Nm3/h、酸素濃度25％の酸素含有ガスを、起動バーナ１１よりクエンチ部５に投入した条件を基準条件とした。この条件計測した、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２のガス温度を、基準温度とした。次に、酸素濃度40％に高めた酸素含有ガスを、酸素含有ガスノズル１０よりクエンチ部５に投入した条件について、上記のガス温度で基準温度からの増分を示す。
【０１８７】
基準条件でも、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で計測したガス温度は、灰融点に近い温度を示し、溶融スラグの安定流下も確認された。また、酸素含有ガスを酸素含有ガスノズル１０よりクエンチ部５に投入した条件では、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で計測したガス温度が、基準温度より最高100℃以上上昇し、溶融スラグも、基準条件と同様に、安定に流下した。
【０１８８】
従って、本発明で示した温度計測方法を採用することで、溶融スラグの流下状況の監視しながら、クエンチ部５の加熱条件の調整するガス化運転が可能となった。また、クエンチ部５への酸素含有ガスの投入位置については、スラグタップ開口部４に近い酸素含有ガスノズル１０とする方が、スラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度の加熱に有利であることを確認した。
【０１８９】
酸素含有ガスノズル１０は、構造の複雑な起動バーナ１１と異なり、冷却の容易な単管ノズル構造で良い。よって、酸素量及び酸素濃度をさらに増加させた運転も可能である。また、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で計測したガス温度が顕著に低下した場合には、生成ガスノズル９より、生成ガスを投入すると良い。
【０１９０】
以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。本実施例は、スラグタップ開口部の高温化が必要な、高融点の炭種のガス化運転に、特に有効である。
【実施例６】
【０１９１】
次に本発明の第５実施例であるガス化炉について図１４及び図１５を用いて説明する。
【０１９２】
本発明の第６実施例のガス化炉は図１及び図２に示した第１実施例のガス化炉と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ下記に説明する。
【０１９３】
図１４に示した本発明の第６実施例のガス化炉１は、クエンチ部５の壁面に設置される起動バーナ１１の位置を、酸素含有ガスノズル１０と同じ高さで、且つ、対応配置した酸素含有ガスノズル１０から９０度ずれた位置に設置した構成のガス化炉１である。
【０１９４】
本実施例のガス化炉１で起動バーナ１１を酸素含有ガスノズル１０と同じ高さ位置に配置した理由は、スラグタップ開口部４から流下する溶融スラグの飛散・付着による起動バーナ１１の噴出口の閉塞リスクの低減をするためである。起動バーナ１１がスラグタップから下方に離れるほど、飛散スラグ付着によるバーナ先端閉塞のリスクが高まる。最下部の起動バーナを上方に移動できれば、このリスクを軽減することができる。
【０１９５】
逆に、起動バーナ１１の設置高さが低い（スラグタップ開口部４の下面から離れる）ほど、スラグタップ開口部４から流下する溶融スラグが起動バーナ１１付着しやすくなる。そこで、起動バーナ１１保護の観点から、その設置高さを上方の酸素含有ガスノズル１０と同じ高さの位置に変更できれば好適である。
【０１９６】
ガス化炉１の定常運転中において、起動バーナ１１はスラグタップ開口部４の加熱に使用せず、起動バーナ１１自身を保護するためのパージ用窒素を供給する程度である。したがって、起動バーナ１１の設置高さを酸素含有ガスノズル１０と同じ高さの位置に変更しても、クエンチ部５内の流動に及ぼす影響は小さい。
【０１９７】
また、２本の起動バーナ１１を、酸素含有ガスノズル１０と同じ設置高さで、酸素含有ガスノズルの設置位置と９０度ずれた位置になるようにクエンチ部５の壁面に相互に対向して設置すると、起動バーナ１１の用途が広がる。
【０１９８】
すなわち、ガス化炉１の定常運転中に、酸素含有ガスノズル１０のみならず、起動バーナ１１からも酸素含有ガスを供給する運用を行なうことも可能となる。これにより、より多くの酸素含有ガス量を、低流速でクエンチ部５内に供給することができる。
【０１９９】
以上の構成のガス化炉１の運用を想定すると、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２は、対向して設置された一対の温度計１２に加えて、前記酸素含有ガスノズル１０と同じ高さに設置された２本の起動バーナ１１側にも夫々設置して、合計４箇所とするのが良い。
【０２００】
図１５は、図１４に示した本発明の第６実施例におけるガス化炉１のスラグタップ部から見たクエンチ部５の上面図であり、スラグタップ開口部４の形状は小判型を採用している。
【０２０１】
また、ガス化部２に設置された下段バーナ８の配置について説明すると、図１５に示したように、ガス化部２の壁面に９０度間隔で接線方向に設置した４本の下段バーナ８の中心線１１２を引くと、全ての下段バーナ８の中心線を接線とする仮想円１１３が一意的に決まる。
【０２０２】
クエンチ部５に流入する生成ガスの流れ１０１の旋回流は、全ての下段バーナ８の中心線を接線とする前記仮想円１１３に沿って形成される。
【０２０３】
このため、全ての下段バーナ８の中心線を接線とする仮想円１１３の直径を、スラグタップ開口部４の長辺より小さくなるように形成すれば、クエンチ部５内に高温の生成ガスが多く流入することになる。
【０２０４】
これによって、ガス化部２で溶融した溶融スラグが流下するスラグタップ開口部４の外周側を高温の生成ガスによって効果的に加熱でき、溶融スラグの冷却・固化によるスラグタップ開口部４の閉塞のリスクを回避することができる。
【０２０５】
図１４に示した本実施例のガス化炉１においても、図１に示した第１実施例のガス化炉１の場合と同様に、スラグタップ開口部４での溶融スラグの流下状況の監視と、クエンチ部５に投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２でスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定して監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で検出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量、及びこの生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０から投入する酸素量を調節して供給して前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、スラグタップ開口部４での溶融スラグを所望の温度に加熱して温度低下による固化を未然に防止できる。
【０２０６】
以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【実施例７】
【０２０７】
次に本発明の第７実施例であるガス化発電プラントについて図１６を用いて説明する。
【０２０８】
本発明の第７実施例のガス化発電プラントを構成するガス化炉は図５乃至図８に示した第３実施例のガス化炉と基本的な構成は同じであるので、ガス化炉１に関する構成の説明は省略し、ガス化発電プラントの構成について下記に説明する。
【０２０９】
図１６は、図５乃至図８に示した第３実施例のガス化炉１を備えたガス化発電プラントの全体構成を示しており、本実施例のガス化発電プラントでは、ガス化炉１のガス化部で発生した生成ガス１９を精製し、その一部を生成ガス２９としてクエンチ部５に設置した生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給する系統と、スラグタップ開口部４から流下する溶融スラグの流下状況を監視する手段に基づいてクエンチ部５の加熱条件を調節する制御装置２００を備えている。
【０２１０】
まず、石炭ガス化発電プラントのプロセスフローについて説明すると、ガス化炉１のガス化部２に設置された上段バーナ７及び下段バーナ８から微粉に下燃料の石炭と、酸素含有ガスとをこのガス化部２内に投入して石炭中の可燃分が酸素との燃焼反応によってガス化し、ＣＯ及びＨ２を主成分とする生成ガス１９を発生させる。
【０２１１】
ガス化部２で発生した生成ガス１９は、ガス化炉１の頂部から排出され、ガス化炉１の下流側に順次配設された熱回収部１５で冷却された後に、脱塵装置１６、脱塩装置１７、脱硫装置１８に流入して順次、脱塵、脱塩、脱硫されて、生成ガス１９中の不純物を除去する。
【０２１２】
脱硫装置１８では、生成ガス１９中の硫黄分は石膏として回収される。また、脱硫の過程では、微量の硫黄分（Ｈ２Ｓ等）を含んだ排ガス２１が発生する。硫黄分を含んだ排ガス２１は、脱硫装置１８からフレアスタック４７に供給して完全燃焼させた後に、煙突２８から系外に放出される。
【０２１３】
脱硫装置１８を出た脱硫された生成ガス１９の多くは、発電用燃料の生成ガス２０として、ガスタービン装置を構成する燃焼器２２に供給される。前記燃焼器２２では、圧縮機２３に取り込まれた空気３３を加圧して燃焼用空気として供給し、前記発電用燃料の生成ガス２０と混合させて燃焼し、高温の燃焼ガスを発生させる。
【０２１４】
燃焼器２２で発生した燃焼ガスは、タービン２４を駆動し、発電機（図示せず）を回転させて発電する。また、タービン２４を駆動した排ガスは、排熱回収ボイラ２６に供給されて該排ガスと給水との熱交換によって蒸気２７を発生させ、この排熱回収ボイラ２６で熱回収されて温度が低下した排ガスは煙突２８から系外に放出される。
【０２１５】
排熱回収ボイラ２６で排ガスとの熱交換で発生した蒸気２７は、蒸気タービン２５を駆動し、発電機（図示せず）を回転させて発電する。蒸気タービン２５を流下した蒸気は冷却されて給水となり、前記排熱回収ボイラ２６に供給される。
【０２１６】
前記ガスタービン装置と蒸気タービンとを組み合わせた複合発電によって、効率の高い発電システムが提供できる。
【０２１７】
一方、前記脱硫装置１８を流下した生成ガスの一部は生成ガス２９として、ガス化炉１のクエンチ部５に設置された生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給され、スラグタップ開口部４を加熱する燃料に用いられる。
【０２１８】
ガス化炉１のクエンチ部５に設置された酸素含有ガスノズル１０に供給する酸素３１、窒素３２は、空気分離器３０に取り込む空気４１を原料として前記空気分離器３０にて製造される。
【０２１９】
そして、生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給された生成ガス２９は、酸素含有ガスノズル１０から供給される酸素３１と混合して燃焼し、スラグタップ開口部４を加熱することでスラグタップ開口部４から流下する溶融スラグの固化を防止する。
【０２２０】
次に、ガス化炉１のスラグタップ開口部４からの溶融スラグの流下状況を監視する監視手段について説明する。監視手段は、次の４種類である。
【０２２１】
・スラグタップ開口部の直下近傍のガス温度の監視手段：スラグタップ開口部の直下近傍のガス温度はスラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２で計測する。スラグタップ開口部４から流下する溶融スラグの固化を防ぐため、温度計１２で計測するスラグタップ開口部４の直下近傍のガス温度はガス化部２に投入される灰分の溶融温度以上の温度を確保することが望ましい。
【０２２２】
・スラグタップの差圧の監視手段：スラグタップの差圧となるガス化部２とクエンチ部５の差圧を、差圧測定器４２によって計測する。仮にスラグタップ開口部４が溶融スラグ等で閉塞すると、差圧測定器４２の差圧が上昇する。従って、差圧測定器４２で計測するスラグタップ３の差圧は所定値以下の状態を保持する。
【０２２３】
・溶融スラグの流下画像の監視手段：クエンチ部５に設置した監視カメラ４６を用いて、スラグタップ開口部４、又はスラグタップ開口部４の直下のクエンチ部５を撮影し、溶融スラグの流下画像を監視する。そして監視カメラ４６でガス化炉１の定常運転中の状態を撮影した画像を基準にして、溶融スラグの流下量、速度、粘性に変化がないかを、監視カメラ４６で撮影した画像を目視又はスラグ流下画像処理装置４５によって確認する。
【０２２４】
・スラグ重量の監視手段：スラグタップ開口部４からスラグ冷却水槽６に落下した溶融スラグは、冷却されて固化し、粒状の水砕スラグとなる。水砕スラグは、スラグ冷却水槽６の底部に設置したスラグ回収バルブ４４を介して、ガス化炉１の系外に排出される。
【０２２５】
単位時間あたりのスラグ排出量は、ガス化炉１の系外に排出された水砕スラグをスラグ重量計測器４３で計測することによって測定する。そして、ガス化部２に投入した単位時間あたりの灰分の総重量に対して、スラグ重量計測器４３で計測したスラグ排出量の割合に変化がないかを監視する。
【０２２６】
次に本実施例のガス化発電プラントに備えられたガス化炉１において、上記監視手段のデータを取り込んだスラグタップ開口部４の加熱制御を行なう制御装置２００によるスラグタップ開口部４の加熱条件の調整アルゴリズムは、以下の手順となる。
【０２２７】
１）ガス化炉１の定常運転時の初期条件としては、クエンチ部５に生成ガスノズル９から生成ガスを供給せずに酸素含有ガスノズル１０から酸素含有ガスのみを投入する。酸素濃度は空気に近い２０〜２５％程度が望ましい。
【０２２８】
２）上記した４項目の監視手段のいずれかで異常を検知した場合、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定する温度計１２の検出温度を第１優先にして制御装置２００によって酸素含有ガスノズル１０の上流側に設置した酸素の流量調整部３７を調節して酸素の流量を増加させ、酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素濃度を高くする。酸素濃度の上限は、スラグタップ３の耐火材、クエンチ部５の壁面、酸素含有ガスノズル１０、生成ガスノズル９を保護する温度範囲に基づいて設定する。
【０２２９】
クエンチ部５内の温度監視は、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２、生成ガスノズル９の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１３、酸素含有ガスノズル１０の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１４を用いてそれぞれ測定して監視する。
【０２３０】
即ち、スラグタップ開口部４での溶融スラグの流下状況の監視と、クエンチ部５に投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２でスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定して監視し、制御装置２００によって温度計１２で出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量、及びこの生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０から投入する酸素含有ガス量を調節して供給してこの生成ガスを好適に燃焼させることによって、スラグタップ開口部４での溶融スラグを所望の温度に加熱して温度低下による固化を未然に防止する。
【０２３１】
また、生成ガスノズル９の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１３、及び酸素含有ガスノズル１０の直下のクエンチ部５の壁面に設置した温度計１４は、前記生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０の監視、及びクエンチ部５の壁面の監視に用いられる。
【０２３２】
３）前記２）の操作で、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で測定した温度が、ガス化部２に投入される灰分の溶流温度に達しない場合には、制御装置２００からの指令信号によって酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素の濃度及び酸素の流量を更に増加させる。
【０２３３】
この場合、制御装置２００から酸素の流量調整部３７、及び窒素の流量調整部３８に対して、酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素濃度を一定とする操作を行なうように指令信号を出す。クエンチ部５の温度監視については、２）と同様とする。
【０２３４】
４）スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で測定したスラグタップ開口部４の直下近傍の温度低下は、溶融スラグの付着などによる、スラグタップ開口部４の開口面積の減少を示す。スラグタップ開口部４の開口面積が減少すると、クエンチ部５の他の温度の低下、溶融スラグの流下量の減少も観測される。
【０２３５】
これらの現象が見られた場合、制御装置２００から生成ガスの流量調整部３６に対して、生成ガスノズル９からクエンチ部５内に生成ガスを供給する指令を出す。ここで、生成ガス量の上限は、酸素含有ガスノズル１０から供給する酸素量で生成ガスノズル９から供給される生成ガスが完全燃焼できる流量とする。
【０２３６】
５）前記４）の操作によっても、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で測定した温度が、ガス化部２に投入される灰分の溶流温度に達しない場合に、制御装置２００からの指令信号によって生成ガスノズル９からクエンチ部５内に供給する生成ガスの流量、及び酸素含有ガスノズル１０からクエンチ部５内に供給する酸素含有ガスの流量をそれぞれ増加させる。
【０２３７】
この場合、制御装置２００には、窒素、酸素、生成ガスの順に流量変化させる制御ロジックと、供給する酸素量を、生成ガスの完全燃焼に必要な流量に調整する制御ロジックを持たせると良い。
【０２３８】
６）前記５）の操作によっても、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で測定した温度が十分に上昇せず、流下する溶融スラグの画像及び流量にも改善が見られない場合には、スラグタップ開口部４への溶融スラグの付着が進み、スラグタップ差圧が上昇する。
【０２３９】
この場合、制御装置２００からクエンチ部５の壁面に設置した起動バーナ１１を再点火させてガス化炉１の停止操作に入る指令を出す。
【０２４０】
更に制御装置２００からの指令によって、上段バーナ７と下段バーナ８からガス化部２への石炭供給、並びに酸素含有ガスノズル１０及び生成ガスノズル９からの生成ガス及び酸素の供給も、速やかに停止させる。起動バーナ１１を再点火させる理由はガス化部２から溶融スラグをクエンチ部５内に抜き出すためである。
【０２４１】
尚、事前の分析などで、ガス化部２に投入される灰分の溶流温度が高い情報を得ている場合は、上記２）から始めても良い。
【０２４２】
また、上記したガス化炉１の運転においては、クエンチ部５に設置した対向する各２本のノズル及びバーナを用いるので、対向配置されたこれらのノズル及びバーナの間で流量偏差が生ると前記ノズル及びバーナから供給される噴流の衝突位置が、クエンチ部５の中心部からずれ、流下する溶融スラグを吹き飛ばす要因となる。従って、制御装置２００には、対向配置されたノズル及びバーナから供給する噴流の流量偏差を、±５〜１０％以下に抑制する制御ロジックを追加すると良い。
【０２４３】
図１６に示した本実施例のガス化発電プラントに備えられたガス化炉１においても、図１に示した第１実施例のガス化炉１の場合と同様に、スラグタップ開口部４での溶融スラグの流下状況の監視と、クエンチ部５に投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２でスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定して監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で検出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量、及びこの生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０から投入する酸素量を調節して供給して前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、スラグタップ開口部４での溶融スラグを所望の温度に加熱して温度低下による固化を未然に防止できる。
【０２４４】
また、スラグタップの開口部近傍のクエンチ部に温度計を設置し、温度計で測定したスラグタップの開口部の近傍の温度検出値に基づいて酸素含有ガスノズルから供給する酸素含有ガスを制御し、クエンチ部に供給する酸素濃度を変更する制御装置を備えることもできる。上述した手順２で説明した、監視手段のいずれかで異常を検知した場合にクエンチ部５内に供給する酸素濃度を高くする以外に、通常運転時に酸素含有ガスの酸素濃度を上昇させる制御を行って運転をしても良い。酸素含有ガスの酸素濃度上昇は、窒素などの顕熱の熱ロスを削減でき、酸素と生成ガスの投入量の削減をすることができる。これにより発電効率を向上できる。
【０２４５】
以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【実施例８】
【０２４６】
次に本発明の第８実施例であるガス化発電プラントについて図１７を用いて説明する。
【０２４７】
本発明の第７実施例のガス化発電プラントを構成するガス化炉は図５乃至図８に示した第３実施例のガス化炉と基本的な構成は同じであり、また、ガス化発電プラントの構成は図１６に示したガス化発電プラントと基本的な構成は同じであるので、ガス化炉１に関する構成及び図１６のガス化発電プラントと共通した構成の説明は省略し、相違するガス化発電プラントの構成についてのみ下記に説明する。
【０２４８】
図１７に示した本発明の第７実施例のガス化発電プラントの構成が、図１６に示した本発明の第７実施例のガス化発電プラントと異なる点は、スラグタップ開口部４を加熱するための酸素３１、窒素３２を、圧縮機２３に取り込む空気３３から賄うことである。
【０２４９】
ガス化発電プラントで必要な全ての酸素含有ガスを、ガスタービン装置のタービン２４で駆動する圧縮機２３から供給するものであり、補機点数の削減による所内動力の低減といった効果がある。
【０２５０】
ガス化炉１のスラグタップ開口部４の加熱に、生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０、又は起動バーナ１１から生成ガス、酸素含有ガス、又は助燃燃料を供給しなくても、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で測定したガス温度が所望の温度よりも高い場合には、制御装置２００によって、圧縮機２３から空気分離器３０に供給する空気量を調節する空気の流量調整部４８に対して空気量を低減する指令を出し、前記生成ガスノズル９、酸素含有ガスノズル１０、又は起動バーナ１１からクエンチ部５内に供給する生成ガス、酸素含有ガス、又は助燃燃料の供給を低減、或いは停止させる。
【０２５１】
余剰となった空気は、制御装置２００によって、圧縮機２３からフレアスタック４７に供給する空気量を調節するフレアスタックの空気の流量調整部４９に対して空気量を増加させる指令を出し、このフレアスタック４７を経由して煙突２８に排出させる。
【０２５２】
図１７に示した本実施例のガス化発電プラントに備えられたガス化炉１においても、図１に示した第１実施例のガス化炉１の場合と同様に、スラグタップ開口部４での溶融スラグの流下状況の監視と、クエンチ部５に投入する生成ガス量、及び酸素含有ガス量の調整のために、スラグタップ開口部４の直下近傍に設置した温度計１２でスラグタップ開口部４の直下近傍の温度を測定して監視し、制御装置２００によって前記温度計１２で検出した温度に基づいて生成ガスノズル９から供給する生成ガスの流量、及びこの生成ガスを燃焼させるために必要な酸素含有ガスノズル１０から投入する酸素量を調節して供給して前記生成ガスを好適に燃焼させることによって、スラグタップ開口部４での溶融スラグを所望の温度に加熱して温度低下による固化を未然に防止できる。
【０２５３】
以上説明したように、本実施例によれば、溶融スラグの固化によるスラグタップ開口部の閉塞を防止するスラグタップの開口部の加熱を省エネルギーで行なってガス化炉の効率を高く維持し得るガス化炉、ガス化発電プラント、ガス化炉の運転方法、及びガス化発電プラントの運転方法が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０２５４】
有機物をガス化し、灰分を溶融スラグ化する石炭ガス化炉、ガス化炉を備えたガス化発電プラント、に適用できる。
【符号の説明】
【０２５５】
１：ガス化炉、２：ガス化部、３：スラグタップ、４：スラグタップ開口部、５：クエンチ部、６：スラグ冷却水槽、７：上段バーナ、８：下段バーナ、９：生成ガスノズル、１０：酸素含有ガスノズル、１１：起動バーナ、１２、１３、１４：温度計、１５：熱回収部、１６：脱塵装置、１７：脱塩装置、１８：脱硫装置、１９：ガス化部で発生した生成ガス、２０：生成ガス、２１：排ガス、２２：燃焼器、２３：圧縮機、２４：タービン、２５：蒸気タービン、２６：排熱回収ボイラ、２７：蒸気、２８：煙突、２９：生成ガス、３０：空気分離器、３１：酸素、３２：窒素、３３：空気、２００：制御装置、３５：助燃燃料の流量調整部、３６：生成ガスの流量調整部、３７：酸素含有ガスノズル供給用の酸素の流量調整部、３８：酸素含有ガスノズル供給用の窒素の流量調整部、３９：起動バーナ供給用の酸素の流量調整部、４０：起動バーナ供給用の窒素の流量調整部、４１：空気、４２：差圧測定器、４３：スラグ重量計測器、４４：スラグ回収バルブ、４５：スラグ流下画像処理装置、４６：監視カメラ、４７：フレアスタック、４８：圧縮機から空気分離器への空気の流量調整部、４９：フレアスタックの空気の流量調整部、１０１：クエンチ部に流入する生成ガスの流れ、１０２：ガス化部で発生する生成ガスの流れ、１０３：スラグタップを上昇する燃焼ガスの流れ、１０４：クエンチ部で反転する生成ガスの流れ、１０５：クエンチ部に投入された生成ガスの流れ、１０６：クエンチ部に投入された酸素含有ガスの流れ、１０７：クエンチ部を上昇する燃焼ガスの流れ、１０８：衝突により側壁方向に拡散する生成ガスの流れ、１０９：クエンチ部内を拡散する生成ガスの流れ、１１０：衝突により側壁方向に拡散する酸素含有ガスの流れ、１１１：クエンチ部内を拡散する酸素含有ガスの流れ、１１２：下段バーナの中心線、１１３：全ての下段バーナの中心線を接線とする仮想円。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉において、
スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、
スラグタップに近接したクエンチ部の位置に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルを設置したことを特徴とするガス化炉。
【請求項２】
請求項１に記載のガス化炉において、
前記酸素含有ガスノズルを該生成ガスノズルよりも下方の位置に設置したことを特徴とするガス化炉。
【請求項３】
請求項１に記載のガス化炉において、
クエンチ部に設置され、助燃用の燃料を燃焼させる起動バーナを、酸素含有ガスノズルよりも下方となる位置に設置されていることを特徴とするガス化炉。
【請求項４】
請求項１に記載のガス化炉において、
スラグタップの開口部は扁平型に形成されており、このスラグタップの前記扁平型の開口部を形成する長軸方向の直下のクエンチ部に、生成ガスノズル、及び酸素含有ガスノズルを、それぞれ対向させて設置したことを特徴とするガス化炉。
【請求項５】
請求項３に記載のガス化炉において、
クエンチ部に設置され、助燃用の燃料を燃焼させる起動バーナを、スラグタップの前記扁平型の開口部を形成する短軸方向の直下であって、酸素含有ガスノズルと同じ高さの位置に設置したことを特徴とするガス化炉。
【請求項６】
請求項３又は請求項４に記載のガス化炉において、
ガス化部に石炭及び酸素を供給して該ガス化部内で燃焼反応させる上段バーナ及び下段バーナのうち下段バーナを、この下段バーナの軸心を通る中心線が、スラグタップの開口部を扁平型に形成した該スラグタップの長辺より小さい直径の円の接線上に位置するように前記ガス化部の壁面に設置されていることを特徴とするガス化炉。
【請求項７】
請求項１に記載のガス化炉において、
スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部に温度計を設置し、前記温度計で測定したスラグタップの温度検出値に基づいて酸素含有ガスノズルから供給する酸素含有ガスを制御し、前記クエンチ部に供給する酸素濃度を変更する制御装置を備えたことを特徴とするガス化炉。
【請求項８】
請求項１に記載のガス化炉において、
前記生成ガスノズル及び酸素含有ガスノズルを、それぞれ対向させて設置し、対向するガスノズルの流量偏差が所定値以下よなるように制御する制御装置を有することを特徴とするガス化炉。
【請求項９】
請求項３に記載のガス化炉において、
スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部に温度計を設置し、この温度計で測定した温度検出値に基づいて酸素含有ガスノズルから供給する酸素含有ガスを制御する制御装置を設置し、
前記制御装置は対向して配設した前記生成ガスノズル及び酸素含有ガスノズルからそれぞれ供給する生成ガス及び酸素量の流量偏差を±５％以下となるように制御することを特徴とするガス化炉。
【請求項１０】
バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備え、スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、前記クエンチ部内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズル、及び助燃用の燃料を燃焼させる起動バーナを該生成ガスノズルよりも下方の位置にそれぞれ設置し、スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部に温度計を設置し、この温度計で測定した温度検出値に基づいて生成ガスノズルから供給する生成ガス量、及び酸素含有ガスノズルから供給する酸素含有ガス量を制御する制御装置を設置したガス化炉を備えており、
このガス化炉のガス化部で生成した生成ガスを前記ガス化炉から導いて生成ガスの脱硫を行なう脱硫装置と、この脱硫装置によって脱硫した生成ガスを燃料として燃焼し燃焼ガスを発生させる燃焼器と、燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、このガスタービンで駆動して発電する発電機及び空気を圧縮して前記燃焼器に燃焼用空気として供給する圧縮機と、前記脱硫装置から分岐した生成ガスの一部を前記ガス化炉の生成ガスノズルに供給する系統と、前記圧縮機から抽気した空気から酸素を分離する空気分離器と、この空気分離器で分離した酸素を前記ガス化炉の酸素含有ガスノズルに供給する系統を備えたことを特徴とするガス化発電プラント。
【請求項１１】
バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉の運転方法において、
スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部の温度を測定してこの測定した温度検出値に基づいて、スラグタップに近接したクエンチ部に設置した生成ガスノズルを通じて前記ガス化部で発生した生成ガスの一部をスラグタップに近接したクエンチ部内に供給する生成ガス量を制御すると共に、この供給された生成ガスを燃焼させるために前記クエンチ部に設置した酸素含有ガスノズルを通じて供給する酸素含有ガス量を制御することを特徴とするガス化炉の運転方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のガス化炉の運転方法において、
生成ガスノズルから供給する生成ガスは、酸素含有ガスノズルからクエンチ部内に供給する酸素含有ガスの供給位置よりも上方となるクエンチ部内の位置に供給し、
生成ガスノズルから供給される生成ガスは対向させて設置した複数の生成ガスノズルからそれぞれ対向させてクエンチ部内に流量偏差が所定値以下となる流量で供給させ、
酸素含有ガスノズルから供給される酸素含有ガスは対向させて設置した複数の酸素含有ガスノズルからそれぞれ対向させてクエンチ部内に流量偏差が所定値以下となる流量で供給させたことを特徴とするガス化炉の運転方法。
【請求項１３】
バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられその中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉を備えており、
このガス化炉のガス化部で生成した生成ガスを前記ガス化炉から導いて脱硫装置で生成ガスの脱硫を行ない、脱硫した生成ガスを燃料として燃焼器で燃焼して燃焼ガスを発生させ、発生した燃焼ガスでタービンを駆動して該タービンで駆動した発電機で発電し、該タービンで駆動した圧縮機で空気を圧縮して前記燃焼器に燃焼用空気として供給し、前記脱硫装置から分岐した生成ガスの一部を前記ガス化炉のクエンチ部に設置した生成ガスノズルに供給すると共に、前記圧縮機から抽気した空気から空気分離器で酸素を分離してこの分離した酸素を前記ガス化炉のクエンチ部に設置した酸素含有ガスノズルに供給するようにしたガス化発電プラントの運転方法において、
ガス化炉のスラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部の温度を測定してこの測定した温度検出値に基づいて、スラグタップに近接したクエンチ部に設置した前記生成ガスノズルを通じて前記ガス化部で発生した生成ガスの一部をスラグタップに近接したクエンチ部内に供給する生成ガス量を制御すると共に、この供給された生成ガスを燃焼させるためにクエンチ部に設置した前記酸素含有ガスノズルを通じて供給する酸素含有ガス量を制御することを特徴とするガス化発電プラントの運転方法。
【請求項１】
バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉において、
スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、
スラグタップに近接したクエンチ部の位置に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズルを設置したことを特徴とするガス化炉。
【請求項２】
請求項１に記載のガス化炉において、
前記酸素含有ガスノズルを該生成ガスノズルよりも下方の位置に設置したことを特徴とするガス化炉。
【請求項３】
請求項１に記載のガス化炉において、
クエンチ部に設置され、助燃用の燃料を燃焼させる起動バーナを、酸素含有ガスノズルよりも下方となる位置に設置されていることを特徴とするガス化炉。
【請求項４】
請求項１に記載のガス化炉において、
スラグタップの開口部は扁平型に形成されており、このスラグタップの前記扁平型の開口部を形成する長軸方向の直下のクエンチ部に、生成ガスノズル、及び酸素含有ガスノズルを、それぞれ対向させて設置したことを特徴とするガス化炉。
【請求項５】
請求項３に記載のガス化炉において、
クエンチ部に設置され、助燃用の燃料を燃焼させる起動バーナを、スラグタップの前記扁平型の開口部を形成する短軸方向の直下であって、酸素含有ガスノズルと同じ高さの位置に設置したことを特徴とするガス化炉。
【請求項６】
請求項３又は請求項４に記載のガス化炉において、
ガス化部に石炭及び酸素を供給して該ガス化部内で燃焼反応させる上段バーナ及び下段バーナのうち下段バーナを、この下段バーナの軸心を通る中心線が、スラグタップの開口部を扁平型に形成した該スラグタップの長辺より小さい直径の円の接線上に位置するように前記ガス化部の壁面に設置されていることを特徴とするガス化炉。
【請求項７】
請求項１に記載のガス化炉において、
スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部に温度計を設置し、前記温度計で測定したスラグタップの温度検出値に基づいて酸素含有ガスノズルから供給する酸素含有ガスを制御し、前記クエンチ部に供給する酸素濃度を変更する制御装置を備えたことを特徴とするガス化炉。
【請求項８】
請求項１に記載のガス化炉において、
前記生成ガスノズル及び酸素含有ガスノズルを、それぞれ対向させて設置し、対向するガスノズルの流量偏差が所定値以下よなるように制御する制御装置を有することを特徴とするガス化炉。
【請求項９】
請求項３に記載のガス化炉において、
スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部に温度計を設置し、この温度計で測定した温度検出値に基づいて酸素含有ガスノズルから供給する酸素含有ガスを制御する制御装置を設置し、
前記制御装置は対向して配設した前記生成ガスノズル及び酸素含有ガスノズルからそれぞれ供給する生成ガス及び酸素量の流量偏差を±５％以下となるように制御することを特徴とするガス化炉。
【請求項１０】
バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備え、スラグタップに近接したクエンチ部の位置にガス化部で発生した生成ガスの一部を該クエンチ部内に供給する生成ガスノズルを設置し、前記クエンチ部内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスノズル、及び助燃用の燃料を燃焼させる起動バーナを該生成ガスノズルよりも下方の位置にそれぞれ設置し、スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部に温度計を設置し、この温度計で測定した温度検出値に基づいて生成ガスノズルから供給する生成ガス量、及び酸素含有ガスノズルから供給する酸素含有ガス量を制御する制御装置を設置したガス化炉を備えており、
このガス化炉のガス化部で生成した生成ガスを前記ガス化炉から導いて生成ガスの脱硫を行なう脱硫装置と、この脱硫装置によって脱硫した生成ガスを燃料として燃焼し燃焼ガスを発生させる燃焼器と、燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、このガスタービンで駆動して発電する発電機及び空気を圧縮して前記燃焼器に燃焼用空気として供給する圧縮機と、前記脱硫装置から分岐した生成ガスの一部を前記ガス化炉の生成ガスノズルに供給する系統と、前記圧縮機から抽気した空気から酸素を分離する空気分離器と、この空気分離器で分離した酸素を前記ガス化炉の酸素含有ガスノズルに供給する系統を備えたことを特徴とするガス化発電プラント。
【請求項１１】
バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉の運転方法において、
スラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部の温度を測定してこの測定した温度検出値に基づいて、スラグタップに近接したクエンチ部に設置した生成ガスノズルを通じて前記ガス化部で発生した生成ガスの一部をスラグタップに近接したクエンチ部内に供給する生成ガス量を制御すると共に、この供給された生成ガスを燃焼させるために前記クエンチ部に設置した酸素含有ガスノズルを通じて供給する酸素含有ガス量を制御することを特徴とするガス化炉の運転方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のガス化炉の運転方法において、
生成ガスノズルから供給する生成ガスは、酸素含有ガスノズルからクエンチ部内に供給する酸素含有ガスの供給位置よりも上方となるクエンチ部内の位置に供給し、
生成ガスノズルから供給される生成ガスは対向させて設置した複数の生成ガスノズルからそれぞれ対向させてクエンチ部内に流量偏差が所定値以下となる流量で供給させ、
酸素含有ガスノズルから供給される酸素含有ガスは対向させて設置した複数の酸素含有ガスノズルからそれぞれ対向させてクエンチ部内に流量偏差が所定値以下となる流量で供給させたことを特徴とするガス化炉の運転方法。
【請求項１３】
バーナから供給された石炭中の可燃分をガス化し石炭中の灰分を溶融スラグ化するガス化部と、ガス化部の底部に設けられその中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、スラグタップの直下にクエンチ部を備えたガス化炉を備えており、
このガス化炉のガス化部で生成した生成ガスを前記ガス化炉から導いて脱硫装置で生成ガスの脱硫を行ない、脱硫した生成ガスを燃料として燃焼器で燃焼して燃焼ガスを発生させ、発生した燃焼ガスでタービンを駆動して該タービンで駆動した発電機で発電し、該タービンで駆動した圧縮機で空気を圧縮して前記燃焼器に燃焼用空気として供給し、前記脱硫装置から分岐した生成ガスの一部を前記ガス化炉のクエンチ部に設置した生成ガスノズルに供給すると共に、前記圧縮機から抽気した空気から空気分離器で酸素を分離してこの分離した酸素を前記ガス化炉のクエンチ部に設置した酸素含有ガスノズルに供給するようにしたガス化発電プラントの運転方法において、
ガス化炉のスラグタップ直下で開口部に突出させない位置のクエンチ部の温度を測定してこの測定した温度検出値に基づいて、スラグタップに近接したクエンチ部に設置した前記生成ガスノズルを通じて前記ガス化部で発生した生成ガスの一部をスラグタップに近接したクエンチ部内に供給する生成ガス量を制御すると共に、この供給された生成ガスを燃焼させるためにクエンチ部に設置した前記酸素含有ガスノズルを通じて供給する酸素含有ガス量を制御することを特徴とするガス化発電プラントの運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−１３７１４４（Ｐ２０１１−１３７１４４Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６６０６７（Ｐ２０１０−２６６０６７）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１６年度〜２０年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、多目的石炭ガス製造技術開発（ＥＡＧＬＥ）／パイロット試験設備およびゼロエミッション化技術に関する研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００２１７６８６）電源開発株式会社 (207)
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１６年度〜２０年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、多目的石炭ガス製造技術開発（ＥＡＧＬＥ）／パイロット試験設備およびゼロエミッション化技術に関する研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００２１７６８６）電源開発株式会社 (207)
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
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