循環流動層ガス化設備のガス化制御方法及び装置
【課題】ガス化時のガス化効率及び設備運転効率を最適な状態に維持しながら、ガス化ガス利用装置のガス化ガス要求量の変化、及び水蒸気利用装置の水蒸気要求量の変化に対して安定して対応できるようにする。
【解決手段】ガス化効率が最適に保たれた時、及びガス化炉内における原料の滞留時間とガス化炉内に供給する水蒸気量を可変とした時のガス化炉１に対する原料供給量とガス化ガス生成量及び水蒸気生成量のバランス量を予め求めておき、設定されるガス化ガス要求量２４に応じた原料供給量をガス化炉１に供給し、ガス化炉１内の原料の滞留時間とガス化用水蒸気量を操作し、ガス化炉１から燃焼炉２に供給されるチャーの燃焼に十分な空気供給量を燃焼炉２に供給し、燃焼炉２からの燃焼ガス４の排熱の回収に十分な給水量を排熱回収ボイラ１６に供給し、排熱回収ボイラ１６で生成する水蒸気１９における原料投入量に対応した水蒸気供給量をガス化炉１に供給する。
【解決手段】ガス化効率が最適に保たれた時、及びガス化炉内における原料の滞留時間とガス化炉内に供給する水蒸気量を可変とした時のガス化炉１に対する原料供給量とガス化ガス生成量及び水蒸気生成量のバランス量を予め求めておき、設定されるガス化ガス要求量２４に応じた原料供給量をガス化炉１に供給し、ガス化炉１内の原料の滞留時間とガス化用水蒸気量を操作し、ガス化炉１から燃焼炉２に供給されるチャーの燃焼に十分な空気供給量を燃焼炉２に供給し、燃焼炉２からの燃焼ガス４の排熱の回収に十分な給水量を排熱回収ボイラ１６に供給し、排熱回収ボイラ１６で生成する水蒸気１９における原料投入量に対応した水蒸気供給量をガス化炉１に供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化時のガス化効率及び設備運転効率を最適な状態に維持しながら、ガス化ガス利用装置のガス化ガス要求量の変化、及び水蒸気利用装置の水蒸気要求量の変化に対して安定して対応できるようにした循環流動層ガス化設備のガス化制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より種々のガス化設備が提案されており、例えば、流動層ガス化炉と燃焼炉からなる２塔式ガス化炉と称されるガス化装置を有する循環流動層ガス化設備が考えられている（特許文献１参照）。
【０００３】
循環流動層ガス化設備は、燃焼炉とガス化炉とを有しており、燃焼炉で加熱した流動媒体はガス化炉に導入され、下部から供給される水蒸気と流動媒体の熱により原料をガス化してガス化ガスを生成し、ガス化炉の流動媒体と未反応のチャーは前記燃焼炉に導入してチャーを燃焼空気で燃焼させることにより前記流動媒体を加熱し、前記燃焼炉から導出される燃焼ガスから分離した流動媒体は前記ガス化炉へ循環するようにしている。
【０００４】
又、前記ガス化炉にはガス化剤として水蒸気を供給しており、この水蒸気としては別個に設けられた補助ボイラ等で製造した水蒸気を用いたり、或いは、当該循環流動層ガス化設備における前記燃焼炉からの燃焼ガスと水を熱交換するようにした排熱回収ボィラで生成した水蒸気を用いるようにしたものが考えられている。
【０００５】
前記循環流動層ガス化設備には、例えばバイオマス、汚泥、或いは石油生成残渣等といった燃料等としては有効利用し難いものや石炭の中でも低品位炭と称させれる亜瀝青炭・褐炭・泥炭等といったものも原料として有効に利用することができ、しかも天然ガスに近い有用なガス化ガスを生成できるため、非常に有望な技術として注目されている。
【０００６】
更に、循環流動層ガス化設備では、ガス化炉でガス化されなかった未反応のチャーを燃焼炉で燃焼させることで流動媒体を加熱し、この加熱した流動媒体をガス化炉に循環して原料のガス化（吸熱反応）に必要な熱を供給するようにしているので、ガス化炉に原料を供給することのみでガス化サイクルを熱的に自立させられるという利点がある。
【０００７】
従来から考えられている循環流動層ガス化設備では、ガス化炉で生成したガス化ガスはガスタービン発電機に供給して発電を行い、又、燃焼炉からの燃焼ガスと熱交換する排熱回収ボイラによって生成した水蒸気（ガス化炉に供給する以外の水蒸気）は蒸気タービン発電機に供給して発電を行い、このようにして一定の発電量を得るための発電設備としたものが主体に考えられていた。
【０００８】
一方、近年では、前記循環流動層ガス化設備を例えば化学肥料工場等に適用し、生成されたガス化ガスは、アンモニア（尿素）のような化学肥料を製造するためのガス化ガス利用装置に供給し、又、生成された水蒸気は、工場の冷暖房或いはその他の温熱源や冷熱源として利用する水蒸気利用装置に供給することが考えられている。
【特許文献１】特開２００５−０４１９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
化学肥料工場等においては、循環流動層ガス化設備によって生成すべきガス化ガス要求量（安定生成できる最大値）は予め決められており、従って、このガス化ガス要求量の時にガス化効率が最適になるように循環流動層ガス化設備の運転が制御されているが、ガス化ガス利用装置では減産等のために前記ガス化ガス要求量が減少することがあり、又、水蒸気利用装置では要求される水蒸気要求量が季節・時間等によって大きく変動することがある。
【００１０】
しかし、従来から考えられている循環流動層ガス化設備は、前記したような化学肥料工場等に適用することは想定していないため、ガス化ガス要求量或いは水蒸気要求量それぞれが個別に変動することについては考慮されておらず、従って、それぞれの要求を共に満たすことが困難であるという問題を有していた。従来はボイラ等別の機器で不足する水蒸気を発生させているが、機器の設置スペースや運転・保守の負担がかかるうえ、循環流動層ガス化設備の運転効率が低下するという課題がある。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなしたもので、ガス化時のガス化効率及び設備運転効率を最適な状態に維持しながら、ガス化ガス利用装置のガス化ガス要求量の変化、及び水蒸気利用装置の水蒸気要求量の変化に対して安定して対応できるようにした循環流動層ガス化設備のガス化制御方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、加熱された流動媒体を導入し水蒸気の存在下流動媒体の熱により原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成したガス化ガスを供給するガス化ガス利用装置と、ガス化炉の流動媒体と未反応のチャーを導入し該チャーと共に必要に応じて供給される補助燃料を燃焼空気で燃焼することにより前記流動媒体の加熱を行う燃焼炉と、該燃焼炉から導出される燃焼ガスから流動媒体を分離して前記ガス化炉へ導入する分離器と、少なくとも前記流動媒体が分離された燃焼ガスと水を熱交換して水蒸気を生成する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで生成され一部が前記ガス化炉に供給された残りの水蒸気を供給する水蒸気利用装置とを有する循環流動層ガス化設備のガス化制御方法であって、
ガス化効率が最適に保たれた時のガス化炉に対する原料供給量とガス化ガス生成量及び水蒸気生成量のバランス量を予め求めておき、
循環流動層ガス化設備に設定されるガス化ガス要求量に応じた原料供給量をガス化炉に供給し、ガス化炉から燃焼炉に供給されるチャーが燃焼するのに十分な空気供給量を燃焼炉に供給し、燃焼炉からの燃焼ガスの排熱を回収するのに十分な給水量を排熱回収ボイラに供給し、排熱回収ボイラで生成する水蒸気の前記原料投入量に対応した水蒸気供給量をガス化炉に供給して循環流動層ガス化設備を安定運転するようにしたことを特徴とする循環流動層ガス化設備のガス化制御方法、に係るものである。
【００１３】
上記循環流動層ガス化設備のガス化制御方法において、前記安定運転している状態において、ガス化ガス利用装置からガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際は、ガス化炉に対する原料供給量を減少すると同時に、ガス化炉内における原料の滞留時間を短縮し、減少指令に沿わせてガス化ガス生成量を低減させることは好ましい。
【００１４】
又、上記循環流動層ガス化設備のガス化制御方法において、前記ガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際に、ガス化炉内に供給する水蒸気量を減少させることは好ましい。
【００１５】
又、上記循環流動層ガス化設備のガス化制御方法において、水蒸気利用装置からバランスした水蒸気生成量に対して増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、燃焼炉に対する燃焼空気供給量を増加することは好ましい。
【００１６】
又、上記循環流動層ガス化設備のガス化制御方法において、蒸気利用装置からバランスした水蒸気生成量に対して増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、ガス化炉に対する原料供給量を増加し、且つガス化炉における原料の滞留時間を短縮し、更に、燃焼炉に対する燃焼空気供給量を増加することは好ましい。
【００１７】
又、上記循環流動層ガス化設備のガス化制御方法において、水蒸気利用装置からバランスした水蒸気生成量に対して増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、燃焼炉に対して補助燃料を供給し、更に、燃焼炉に対する燃焼空気供給量を増加することは好ましい。
【００１８】
本発明は、加熱された流動媒体を導入し水蒸気の存在下流動媒体の熱により原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成したガス化ガスを供給するガス化ガス利用装置と、ガス化炉の流動媒体と未反応のチャーを導入し該チャーと共に必要に応じて供給される補助燃料を燃焼空気で燃焼することにより前記流動媒体の加熱を行う燃焼炉と、該燃焼炉から導出される燃焼ガスから流動媒体を分離して前記ガス化炉へ導入する分離器と、少なくとも前記流動媒体が分離された燃焼ガスと水を熱交換して水蒸気を生成する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで生成され一部が前記ガス化炉に供給された残りの水蒸気を供給する水蒸気利用装置とを有する循環流動層ガス化設備のガス化制御装置であって、
ガス化効率が最適に保たれた時のガス化炉に対する原料供給量とガス化ガス生成量及び水蒸気生成量のバランス量を予め求めて入力しておき、
循環流動層ガス化設備に設定されるガス化ガス要求量に応じた原料供給量をガス化炉に供給し、ガス化炉から燃焼炉に供給されるチャーが燃焼するのに十分な空気供給量を燃焼炉に供給し、燃焼炉からの燃焼ガスの排熱を回収するのに十分な給水量を排熱回収ボイラに供給し、排熱回収ボイラで生成する水蒸気の前記原料投入量に対応した水蒸気供給量をガス化炉に供給して安定運転を行うよう制御する目標追従装置を備えたことを特徴とする循環流動層ガス化設備のガス化制御装置、に係るものである。
【００１９】
上記循環流動層ガス化設備のガス化制御装置において、前記排熱回収ボイラが、ガス化炉から取り出されるガス化ガスの熱も同時に回収するようにしていることは好ましい。
【００２０】
又、上記循環流動層ガス化設備のガス化制御装置において、ガス化ガス利用装置からガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際に、ガス化炉に対する原料供給量を減少させる制御を行う前記目標追従装置と、ガス化炉内における原料の滞留時間を短縮させる滞留時間調節手段を有することは好ましい。
【００２１】
又、上記循環流動層ガス化設備のガス化制御装置において、前記滞留時間調節手段が、ガス化炉内の原料の進行を抑制する方向又は進行を助ける方向に水蒸気を噴出する水蒸気供給装置であることは好ましい。
【００２２】
又、上記循環流動層ガス化設備のガス化制御装置において、前記滞留時間調節手段が、ガス化炉内の原料の進行を抑制するようにガス化炉の流動媒体内に挿入するようにした邪魔部材であることは好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
ガス化効率が最適に保たれた時のガス化炉に対する原料供給量とガス化ガス生成量及び水蒸気生成量のバランス量を予め求めておき、循環流動層ガス化設備に設定されるガス化ガス要求量に応じた原料供給量をガス化炉に供給し、ガス化炉から燃焼炉に供給されるチャーが燃焼するのに十分な空気供給量を燃焼炉に供給し、燃焼炉からの燃焼ガスの排熱を回収するのに十分な給水量を排熱回収ボイラに供給し、排熱回収ボイラで生成する水蒸気の前記原料投入量に対応した水蒸気供給量をガス化炉に供給するようにしたので、循環流動層ガス化設備が安定運転されてガス化ガスが安定して生成されるという優れた効果を奏し得る。
【００２４】
ガス化ガス利用装置からガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際には、ガス化炉に対する原料供給量を減少すると同時に、ガス化炉内における原料の滞留時間を短縮するようにしたので、ガス化効率が減少し、ガス化ガス生成量を減少指令に沿わせて低減させる一方、燃焼炉に、燃焼炉に導入されるチャーの量を維持し、水蒸気生成量を維持させられるという効果がある。
【００２５】
前記ガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際に、ガス化炉内に供給する水蒸気量を減少させることでガス化効率を減少させるようにしたので、ガス化ガス生成量を更に安定して減少指令に沿わせられる効果がある。
【００２６】
一方、ガス化が安定して行われている状態から、水蒸気利用装置から水蒸気生成量の増加指令が発せられた際には、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、燃焼炉に対する空気供給量を増加することにより、排熱回収ボイラによる排熱回収を増加して水蒸気生成量を増加できる効果がある。
【００２７】
又、水蒸気利用装置から水蒸気生成量の増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、ガス化炉に対する原料供給量を増加し、且つガス化炉における原料の滞留時間を短縮し、更に、燃焼炉に対する空気供給量を増加することにより、ガス化効率を低下させない範囲内において水蒸気生成量を大幅に増加できる効果がある。
【００２８】
又、水蒸気利用装置から水蒸気生成量の増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、燃焼炉に対して補助燃料を供給し、更に、燃焼炉に対する空気供給量を増加することにより、ガス化操作に関係なく排熱回収ボイラによる水蒸気生成量を大幅に増加できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は化学肥料工場に適用した本発明の循環流動層ガス化設備の概略を示すブロック図であり、２塔式ガス化炉と称されるガス化装置を有する循環流動層ガス化設備は、ガス化炉１と燃焼炉２とを有しており、燃焼炉２で加熱された流動媒体３は燃焼ガス４と共にサイクロン式等の分離器５に導かれて燃焼ガス４から分離されてガス化炉１に供給される。ガス化炉１には原料供給装置６から原料７が供給されると共に、蒸気バルブ８からの水蒸気９が供給されており、ガス化炉１に供給された前記原料７は、水蒸気９の存在下流動媒体３の熱によりガス化（吸熱反応）されてガス化ガス１０を生成し、生成したガス化ガス１０は、肥料工場に備えられる例えばアンモニア（尿素）のような化学肥料を製造するガス化ガス利用装置１１に供給するようにしている。
【００３１】
前記ガス化炉１内の流動媒体３と未反応のチャーは燃焼炉２に導入され、送風ファン１２によって下部から供給される燃焼空気１３によって前記チャーが燃焼されることで前記流動媒体３を加熱するようになっている。
【００３２】
１４は前記燃焼炉２にガス状、液体状、固体状等の補助燃料１５を供給して燃焼炉の発熱量を増加するようにした補助燃料供給装置である。
【００３３】
１６は給水ポンプ１７によって水１８が供給されるようにした排熱回収ボイラであり、該排熱回収ボイラ１６は前記分離器５からの燃焼ガス４と水１８とを熱交換し、更には、前記ガス化炉１で生成されるガス化ガス１０とも熱交換を行って水蒸気１９を生成するようになっており、生成した水蒸気１９の一部はガス化用の水蒸気９として前記蒸気バルブ８を介してガス化炉１に供給され、前記ガス化炉１に導く以外の残りの水蒸気１９は肥料工場に備えられる例えば冷暖房等の水蒸気利用装置２０に供給するようにしている。
【００３４】
２１は目標追従装置であり、該目標追従装置２１には、前記ガス化炉１で生成されるガス化ガス生成量を検出するガス化ガス生成量検出器２２からの検出信号と、排熱回収ボイラ１６で生成される水蒸気生成量を検出する水蒸気生成量検出器２３からの検出信号が入力されている。
【００３５】
図１の循環流動層ガス化設備によって効率的なガス化が行われる状態では、図２（ａ）に示すように、ガス化炉１に供給される原料供給量に対して、ガス化ガス生成量Ａ及び水蒸気生成量Ｂは一意に求められるバランスした量となっており、従って、上記した原料供給量に対するガス化ガス生成量Ａと水蒸気生成量Ｂのバランス量は予め求めておき、前記目標追従装置２１にテーブルとして入力しておく。図２は、ガス化ガス要求量＝ガス化ガス生成最大量の運転例の場合を示しており、図中ガス化ガス生成量Ａ及び水蒸気生成量Ｂは直線で示しているが、実際は非線形の曲線と考えられる。
【００３６】
従って、目標追従装置２１にガス化ガス要求量２４（当該循環流動層ガス化設備で安定生成できる最大値）を設定すると、目標追従装置２１は制御指令２６を出力して、前記原料供給装置６による原料供給量、蒸気バルブ８による水蒸気供給量、給水ポンプ１７による給水量、送風ファン１２による燃焼空気量を制御し、これによって循環流動層ガス化設備は安定した状態で運転され、ガス化ガス要求量２４に応じたガス化ガス生成量Ａが得られると共に、そのガス化ガス生成量Ａに応じてバランスした水蒸気生成量Ｂが得られるようになる。
【００３７】
更に、前記目標追従装置２１には、水蒸気利用装置２０の要求量である水蒸気要求量２５が入力されている。この水蒸気要求量２５は、前記ガス化ガス生成量Ａとバランスして生成される水蒸気生成量Ｂの範囲内において設定されている。
【００３８】
前記ガス化炉１には、図３、図４に示すように、ガス化炉１内の原料の滞留時間を調節するための滞留時間調節手段２７を備えている。ガス化炉１には下部から吹き込まれる水蒸気９によって流動層２８が形成されており、ガス化炉１の一端側から供給される流動媒体３と原料７は他端側に向かって流動しながら移動するようになっており、他端側の取出部２９からチャーと流動媒体３を取り出して燃焼炉２（図１参照）に供給するようにしている。上記ガス化炉１の側部に、前記一端から他端に向かって流動する流動媒体３と原料７の移動方向に対して側方から直角に交差するよう水蒸気３０を吹き込むようにした噴射ノズル３１を有する滞留時間調節手段２７を設けている。更に、滞留時間調節手段２７は、滞留時間調節器３２からの調節指令３３により前記噴射ノズル３１よってガス化炉１の側部から吹き込む水蒸気３０の吹込量を調節するようにした蒸気バルブ３４を備えており、側部から吹き込む水蒸気３０によってガス化炉１内の原料の進行を抑制して原料の滞留時間を調節するようにしている。この時、水蒸気３０の噴射量を多くすると原料の進行が抑制されて滞留時間は長くなり、逆に水蒸気３０の噴射量を少なくすると原料が進行し易くなって滞留時間は短くなる。又、ここで、前記原料の進行を助けるようにガス化炉１の一端側から他端側に向かって水蒸気を噴射すると、原料の滞留時間を短く調整することが容易に可能になるので、このように原料の進行を助けるように水蒸気を噴射する構成と、前記図３、図４に示したように原料の進行を抑制する方向に水蒸気３０を噴射する構成を組み合わせて備えると、滞留時間の調節幅を広く設定できるようになる。
【００３９】
図５、図６は前記滞留時間調節手段２７の他の例を示すもので、図３、図４と同様にガス化炉１の一端側から流動媒体３と原料７が供給され他端側へ向かって流動しながら移動するようにしている構成において、前記一端と他端との間に、原料の移動を邪魔するように幅方向に延設された板状の邪魔部材３５を有する滞留時間調節手段２７を設けている。更に、滞留時間調節手段２７は、滞留時間調節器３２からの調節指令３３により前記邪魔部材３５を流動層２８内部に挿入する深さを調節するようにした駆動装置３６を備えている。邪魔部材３５を流動層２８の内部に挿入すると、原料は邪魔部材３５の下端を潜り抜けなければ取出部２９側へ流動することができないので、流動層２８に対する邪魔部材３５の挿入深さを大きくすると原料の滞留時間を長く調整することができる。
【００４０】
以下に、上記形態の作用を説明する。
【００４１】
図１の目標追従装置２１には、ガス化ガス要求量２４（当該循環流動層ガス化設備で安定生成できる最大値）が入力されるが、目標追従装置２１には図２（ａ）に示したように、原料供給量に対するガス化ガス生成量Ａと水蒸気生成量Ｂのバランス量が予め入力されているので、目標追従装置２１はガス化ガス要求量２４に基づいた制御指令２６を出力し、ガス化ガス要求量２４を得るのに必要な原料７をガス化炉１に供給するよう原料供給装置６を制御し、ガス化炉１から燃焼炉２に供給されるチャーが燃焼するのに十分な燃焼空気１３が燃焼炉２に供給されるように送風ファン１２を制御し、燃焼炉２からの燃焼ガス４の排熱を回収するのに十分な水１８を排熱回収ボイラ１６に供給するように給水ポンプ１７を制御し、前記原料７の供給量に対応した水蒸気９がガス化炉１に供給されるように蒸気バルブ８を制御し、これによって、ガス化ガス要求量２４になるようにガス化ガス１０は安定して生成され、生成したガス化ガス１０はガス化ガス利用装置１１に供給される。又、排熱回収ボイラ１６では前記ガス化ガス要求量２４にバランスした水蒸気生成量Ｂ（図２（ａ）参照）の水蒸気１９が生成され、一部はガス化用の水蒸気９としてガス化炉１に供給され、残りの水蒸気１９は水蒸気利用装置２０へ安定して供給される。
【００４２】
ここで、最大値であるガス化ガス要求量２４は、この値より増加することはないが、ガス化ガス利用装置１１における減産等によって前記ガス化ガス要求量２４は減少する場合がある。
【００４３】
前記ガス化ガス利用装置１１からガス化ガス要求量２４の減少指令２４'が発せられた際には、目標追従装置２１は、目標追従装置２１に入力された図２（ｃ）のバランス量に基づいて、図７の制御フローチャートに示すステップＳ１，Ｓ２の制御を行うようにしている。ここでは、水蒸気生成量Ｂを変えずにガス化ガス生成量Ａを減少させる例を示している。即ち、ステップＳ１において、ガス化ガス要求量２４の減少指令２４'の有無を判断し、減少指令２４'があった場合は、原料供給装置６によりガス化炉１に対する原料７の供給量を減少する操作を行うと共に、ガス化炉１内における原料の滞留時間を短縮する操作を行う。原料の滞留時間を短縮するには、図３、図４の形態の場合は、ガス化炉１の側部から噴射ノズル３１で吹き込む水蒸気３０の吹込量を減少させることにより、ガス化炉１内での原料の滞留時間を短縮し、又、図５、図６の形態の場合は、ガス化炉１の流動層２８内に挿入している邪魔部材３５の挿入深さを小さくすることにより、ガス化炉１内での原料の滞留時間を短縮する。上記において、原料供給装置６によりガス化炉１に対する原料７の供給量を減少する時には、ガス化炉１に対する水蒸気９の供給量も対応させて減少するようにしてもよい。滞留時間短縮と水蒸気供給量減少は、両方行ってもよいし、どちらか一方を行ってもよい。
【００４４】
上記したように減少指令２４'があった場合において、図２（ｂ）に示すように原料７の供給量を減少させるのみでは、燃焼炉２に導入されるチャーの量も減少するため水蒸気生成量が減少し、水蒸気要求量を満たすことができず熱的な自立も困難となる。原料供給量が大幅に減少するため、循環流動層ガス化設備全体の運転効率が低下する。又、不足する水蒸気を補うためボイラ等別機器を運転するための原料が別途必要となる。それに対し、前記したように、原料７の供給量を減少する操作と、ガス化炉１内での原料の滞留時間を短縮する操作及びガス化炉１への水蒸気供給を減少する操作を行うと、図２（ｃ）に示すように水蒸気生成量を変化させることなく、減少指令２４'に沿ってガス化ガス量が減少する制御が行われるようになる。
【００４５】
又、水蒸気利用装置２０による水蒸気要求量２５は、図２（ｃ）のガス化ガス生成量Ａとバランスして生成される水蒸気生成量Ｂの範囲内で調節するようにしているが、季節・時間等によっては水蒸気要求量２５を増加する増加指令２５'が発せられることがある。
【００４６】
前記水蒸気利用装置２０から水蒸気要求量２５の増加指令２５'が発せられた際は、目標追従装置２１は、図７の制御フローチャートに示すステップＳ３，Ｓ４による第１の制御方法を実施するようにしている。即ち、ステップＳ３において、水蒸気要求量２５の増加指令２５'の有無を判断し、増加指令２５'があったと判断された際は、図７に示す第１の制御方法では、ステップＳ４に示すように排熱回収ボイラ１６に対する給水量を増加するように給水ポンプ１７を調節する操作と、燃焼炉２に対する燃焼空気１３の供給量を増加するように送風ファン１２を調節する操作とを行うようにしている。
【００４７】
図７に示すように、水蒸気要求量２５の増加指令２５'が発せられた際に、燃焼炉２に対する燃焼空気１３の供給量が増加すると、燃焼ガス４の流量が増加するので、排熱回収ボイラ１６で回収される排熱量が多くなり、水蒸気１９の生成量が増加される。前記増加指令２５'の増加幅が比較的小さい場合、或いは短時間の場合には上記した第１の制御方法による簡略な方法によって上記生成量を増加することができる。
【００４８】
図８は前記水蒸気要求量２５の増加指令２５'が発せられた際における第２の制御方法を示すもので、ステップＳ３で増加指令２５'があったと判断された際は、ステップＳ５に示すように、排熱回収ボイラ１６に対する給水量を増加するように給水ポンプ１７を調節する操作と、ガス化炉１に対する原料７の供給量を増加するように原料供給装置を調節する操作と、図３〜図６の装置によりガス化炉１における原料の滞留時間を短縮する操作と、更に、燃焼炉２に対する燃焼空気１３の供給量を増加するように送風ファン１２を調節する操作とを行うようにしている。
【００４９】
図８に示すように、水蒸気要求量２５の増加指令２５'が発せられた際に、排熱回収ボイラ１６に対する給水量の増加と、ガス化炉１に対する原料７の供給量の増加と、ガス化炉１における原料の滞留時間の短縮と、燃焼炉２に対する燃焼空気１３の供給量の増加を行うことにより、ガス化炉１におけるガス化効率を低下させない範囲内において、水蒸気要求量２５の増加指令２５'に基づいて水蒸気生成量を大幅に増加して水蒸気利用装置２０に供給することができる。
【００５０】
図９は前記水蒸気要求量２５の増加指令２５'が発せられた際における第３の制御方法を示すもので、ステップＳ３で増加指令２５'があったと判断された際は、ステップＳ６に示すように、排熱回収ボイラ１６に対する給水量を増加するように給水ポンプ１７を調節する操作と、燃焼炉２に対して補助燃料供給装置１４により補助燃料１５を供給する操作と、更に、燃焼炉２に対する燃焼空気１３の供給量を増加するように送風ファン１２を調節する操作とを行うようにしている。
【００５１】
図９に示すように、水蒸要求量２５の増加指令２５'が発せられた際に、排熱回収ボイラ１６に対する給水量の増加と、燃焼炉２に対する補助燃料１５の供給と、燃焼炉２に対する燃焼空気１３の供給量の増加を行うことにより、ガス化操作に関係なく水蒸気要求量２５の増加指令２５'に基づいて排熱回収ボイラ１６による水蒸気生成量を大幅に増加して水蒸気利用装置２０に供給することができる。
【００５２】
又、前記ガス化炉１に供給する原料７が変化した場合には、図２（ｃ）に示す原料供給量に対するガス化ガス生成量Ａと水蒸気生成量Ｂのバランス量を新たに求めて目標追従装置２１に入力しているテーブルを補正することにより、原料が変わった場合にも、ガス化ガス要求量の変化、及び水蒸気利用装置の水蒸気要求量の変化に対して安定して対応することができる。
【００５３】
尚、上記形態においては、化学肥料工場に適用した循環流動層ガス化設備の場合について例示したが、化学肥料工場以外にも、循環流動層ガス化設備によって生成されるガス化ガスと水蒸気を利用し得る種々の設備に適用できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】化学肥料工場に適用した本発明の循環流動層ガス化設備の概略を示すブロック図である。
【図２】原料供給量に対してガス化ガス生成量と水蒸気生成量がバランスした状態を示すグラフである。
【図３】滞留時間調節手段の一例を示す斜視図である。
【図４】図３の平面図である。
【図５】滞留時間調節手段の他の例を示す斜視図である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】ガス化ガス要求量の減少指令が発生した際の制御方法と、水蒸気要求量の増加指令が発せられた際の第１の制御方法を示す制御フローチャートである。
【図８】図７において、水蒸気要求量の増加指令が発せられた際の第２の制御方法を示す制御フローチャートである。
【図９】図７において、水蒸気要求量の増加指令が発せられた際の第３の制御方法を示す制御フローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１ ガス化炉
２ 燃焼炉
３ 流動媒体
４ 燃焼ガス
５ 分離器
７ 原料
９ 水蒸気
１０ ガス化ガス
１１ ガス化ガス利用装置
１３ 燃焼空気
１５ 補助燃料
１６ 排熱回収ボイラ
１８ 水
１９ 水蒸気
２０ 水蒸気利用装置
２１ 目標追従装置
２４ ガス化ガス要求量
２４' 減少指令
２５ 水蒸気要求量
２５' 増加指令
２７ 滞留時間調節手段
３０ 水蒸気
３５ 邪魔部材
Ａ ガス化ガス生成量
Ｂ 水蒸気生成量
Ｈ 滞留時間
Ｈ１ 滞留時間
Ｓ 原料停止時間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化時のガス化効率及び設備運転効率を最適な状態に維持しながら、ガス化ガス利用装置のガス化ガス要求量の変化、及び水蒸気利用装置の水蒸気要求量の変化に対して安定して対応できるようにした循環流動層ガス化設備のガス化制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より種々のガス化設備が提案されており、例えば、流動層ガス化炉と燃焼炉からなる２塔式ガス化炉と称されるガス化装置を有する循環流動層ガス化設備が考えられている（特許文献１参照）。
【０００３】
循環流動層ガス化設備は、燃焼炉とガス化炉とを有しており、燃焼炉で加熱した流動媒体はガス化炉に導入され、下部から供給される水蒸気と流動媒体の熱により原料をガス化してガス化ガスを生成し、ガス化炉の流動媒体と未反応のチャーは前記燃焼炉に導入してチャーを燃焼空気で燃焼させることにより前記流動媒体を加熱し、前記燃焼炉から導出される燃焼ガスから分離した流動媒体は前記ガス化炉へ循環するようにしている。
【０００４】
又、前記ガス化炉にはガス化剤として水蒸気を供給しており、この水蒸気としては別個に設けられた補助ボイラ等で製造した水蒸気を用いたり、或いは、当該循環流動層ガス化設備における前記燃焼炉からの燃焼ガスと水を熱交換するようにした排熱回収ボィラで生成した水蒸気を用いるようにしたものが考えられている。
【０００５】
前記循環流動層ガス化設備には、例えばバイオマス、汚泥、或いは石油生成残渣等といった燃料等としては有効利用し難いものや石炭の中でも低品位炭と称させれる亜瀝青炭・褐炭・泥炭等といったものも原料として有効に利用することができ、しかも天然ガスに近い有用なガス化ガスを生成できるため、非常に有望な技術として注目されている。
【０００６】
更に、循環流動層ガス化設備では、ガス化炉でガス化されなかった未反応のチャーを燃焼炉で燃焼させることで流動媒体を加熱し、この加熱した流動媒体をガス化炉に循環して原料のガス化（吸熱反応）に必要な熱を供給するようにしているので、ガス化炉に原料を供給することのみでガス化サイクルを熱的に自立させられるという利点がある。
【０００７】
従来から考えられている循環流動層ガス化設備では、ガス化炉で生成したガス化ガスはガスタービン発電機に供給して発電を行い、又、燃焼炉からの燃焼ガスと熱交換する排熱回収ボイラによって生成した水蒸気（ガス化炉に供給する以外の水蒸気）は蒸気タービン発電機に供給して発電を行い、このようにして一定の発電量を得るための発電設備としたものが主体に考えられていた。
【０００８】
一方、近年では、前記循環流動層ガス化設備を例えば化学肥料工場等に適用し、生成されたガス化ガスは、アンモニア（尿素）のような化学肥料を製造するためのガス化ガス利用装置に供給し、又、生成された水蒸気は、工場の冷暖房或いはその他の温熱源や冷熱源として利用する水蒸気利用装置に供給することが考えられている。
【特許文献１】特開２００５−０４１９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
化学肥料工場等においては、循環流動層ガス化設備によって生成すべきガス化ガス要求量（安定生成できる最大値）は予め決められており、従って、このガス化ガス要求量の時にガス化効率が最適になるように循環流動層ガス化設備の運転が制御されているが、ガス化ガス利用装置では減産等のために前記ガス化ガス要求量が減少することがあり、又、水蒸気利用装置では要求される水蒸気要求量が季節・時間等によって大きく変動することがある。
【００１０】
しかし、従来から考えられている循環流動層ガス化設備は、前記したような化学肥料工場等に適用することは想定していないため、ガス化ガス要求量或いは水蒸気要求量それぞれが個別に変動することについては考慮されておらず、従って、それぞれの要求を共に満たすことが困難であるという問題を有していた。従来はボイラ等別の機器で不足する水蒸気を発生させているが、機器の設置スペースや運転・保守の負担がかかるうえ、循環流動層ガス化設備の運転効率が低下するという課題がある。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなしたもので、ガス化時のガス化効率及び設備運転効率を最適な状態に維持しながら、ガス化ガス利用装置のガス化ガス要求量の変化、及び水蒸気利用装置の水蒸気要求量の変化に対して安定して対応できるようにした循環流動層ガス化設備のガス化制御方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、加熱された流動媒体を導入し水蒸気の存在下流動媒体の熱により原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成したガス化ガスを供給するガス化ガス利用装置と、ガス化炉の流動媒体と未反応のチャーを導入し該チャーと共に必要に応じて供給される補助燃料を燃焼空気で燃焼することにより前記流動媒体の加熱を行う燃焼炉と、該燃焼炉から導出される燃焼ガスから流動媒体を分離して前記ガス化炉へ導入する分離器と、少なくとも前記流動媒体が分離された燃焼ガスと水を熱交換して水蒸気を生成する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで生成され一部が前記ガス化炉に供給された残りの水蒸気を供給する水蒸気利用装置とを有する循環流動層ガス化設備のガス化制御方法であって、
ガス化効率が最適に保たれた時のガス化炉に対する原料供給量とガス化ガス生成量及び水蒸気生成量のバランス量を予め求めておき、
循環流動層ガス化設備に設定されるガス化ガス要求量に応じた原料供給量をガス化炉に供給し、ガス化炉から燃焼炉に供給されるチャーが燃焼するのに十分な空気供給量を燃焼炉に供給し、燃焼炉からの燃焼ガスの排熱を回収するのに十分な給水量を排熱回収ボイラに供給し、排熱回収ボイラで生成する水蒸気の前記原料投入量に対応した水蒸気供給量をガス化炉に供給して循環流動層ガス化設備を安定運転するようにしたことを特徴とする循環流動層ガス化設備のガス化制御方法、に係るものである。
【００１３】
上記循環流動層ガス化設備のガス化制御方法において、前記安定運転している状態において、ガス化ガス利用装置からガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際は、ガス化炉に対する原料供給量を減少すると同時に、ガス化炉内における原料の滞留時間を短縮し、減少指令に沿わせてガス化ガス生成量を低減させることは好ましい。
【００１４】
又、上記循環流動層ガス化設備のガス化制御方法において、前記ガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際に、ガス化炉内に供給する水蒸気量を減少させることは好ましい。
【００１５】
又、上記循環流動層ガス化設備のガス化制御方法において、水蒸気利用装置からバランスした水蒸気生成量に対して増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、燃焼炉に対する燃焼空気供給量を増加することは好ましい。
【００１６】
又、上記循環流動層ガス化設備のガス化制御方法において、蒸気利用装置からバランスした水蒸気生成量に対して増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、ガス化炉に対する原料供給量を増加し、且つガス化炉における原料の滞留時間を短縮し、更に、燃焼炉に対する燃焼空気供給量を増加することは好ましい。
【００１７】
又、上記循環流動層ガス化設備のガス化制御方法において、水蒸気利用装置からバランスした水蒸気生成量に対して増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、燃焼炉に対して補助燃料を供給し、更に、燃焼炉に対する燃焼空気供給量を増加することは好ましい。
【００１８】
本発明は、加熱された流動媒体を導入し水蒸気の存在下流動媒体の熱により原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成したガス化ガスを供給するガス化ガス利用装置と、ガス化炉の流動媒体と未反応のチャーを導入し該チャーと共に必要に応じて供給される補助燃料を燃焼空気で燃焼することにより前記流動媒体の加熱を行う燃焼炉と、該燃焼炉から導出される燃焼ガスから流動媒体を分離して前記ガス化炉へ導入する分離器と、少なくとも前記流動媒体が分離された燃焼ガスと水を熱交換して水蒸気を生成する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで生成され一部が前記ガス化炉に供給された残りの水蒸気を供給する水蒸気利用装置とを有する循環流動層ガス化設備のガス化制御装置であって、
ガス化効率が最適に保たれた時のガス化炉に対する原料供給量とガス化ガス生成量及び水蒸気生成量のバランス量を予め求めて入力しておき、
循環流動層ガス化設備に設定されるガス化ガス要求量に応じた原料供給量をガス化炉に供給し、ガス化炉から燃焼炉に供給されるチャーが燃焼するのに十分な空気供給量を燃焼炉に供給し、燃焼炉からの燃焼ガスの排熱を回収するのに十分な給水量を排熱回収ボイラに供給し、排熱回収ボイラで生成する水蒸気の前記原料投入量に対応した水蒸気供給量をガス化炉に供給して安定運転を行うよう制御する目標追従装置を備えたことを特徴とする循環流動層ガス化設備のガス化制御装置、に係るものである。
【００１９】
上記循環流動層ガス化設備のガス化制御装置において、前記排熱回収ボイラが、ガス化炉から取り出されるガス化ガスの熱も同時に回収するようにしていることは好ましい。
【００２０】
又、上記循環流動層ガス化設備のガス化制御装置において、ガス化ガス利用装置からガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際に、ガス化炉に対する原料供給量を減少させる制御を行う前記目標追従装置と、ガス化炉内における原料の滞留時間を短縮させる滞留時間調節手段を有することは好ましい。
【００２１】
又、上記循環流動層ガス化設備のガス化制御装置において、前記滞留時間調節手段が、ガス化炉内の原料の進行を抑制する方向又は進行を助ける方向に水蒸気を噴出する水蒸気供給装置であることは好ましい。
【００２２】
又、上記循環流動層ガス化設備のガス化制御装置において、前記滞留時間調節手段が、ガス化炉内の原料の進行を抑制するようにガス化炉の流動媒体内に挿入するようにした邪魔部材であることは好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
ガス化効率が最適に保たれた時のガス化炉に対する原料供給量とガス化ガス生成量及び水蒸気生成量のバランス量を予め求めておき、循環流動層ガス化設備に設定されるガス化ガス要求量に応じた原料供給量をガス化炉に供給し、ガス化炉から燃焼炉に供給されるチャーが燃焼するのに十分な空気供給量を燃焼炉に供給し、燃焼炉からの燃焼ガスの排熱を回収するのに十分な給水量を排熱回収ボイラに供給し、排熱回収ボイラで生成する水蒸気の前記原料投入量に対応した水蒸気供給量をガス化炉に供給するようにしたので、循環流動層ガス化設備が安定運転されてガス化ガスが安定して生成されるという優れた効果を奏し得る。
【００２４】
ガス化ガス利用装置からガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際には、ガス化炉に対する原料供給量を減少すると同時に、ガス化炉内における原料の滞留時間を短縮するようにしたので、ガス化効率が減少し、ガス化ガス生成量を減少指令に沿わせて低減させる一方、燃焼炉に、燃焼炉に導入されるチャーの量を維持し、水蒸気生成量を維持させられるという効果がある。
【００２５】
前記ガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際に、ガス化炉内に供給する水蒸気量を減少させることでガス化効率を減少させるようにしたので、ガス化ガス生成量を更に安定して減少指令に沿わせられる効果がある。
【００２６】
一方、ガス化が安定して行われている状態から、水蒸気利用装置から水蒸気生成量の増加指令が発せられた際には、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、燃焼炉に対する空気供給量を増加することにより、排熱回収ボイラによる排熱回収を増加して水蒸気生成量を増加できる効果がある。
【００２７】
又、水蒸気利用装置から水蒸気生成量の増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、ガス化炉に対する原料供給量を増加し、且つガス化炉における原料の滞留時間を短縮し、更に、燃焼炉に対する空気供給量を増加することにより、ガス化効率を低下させない範囲内において水蒸気生成量を大幅に増加できる効果がある。
【００２８】
又、水蒸気利用装置から水蒸気生成量の増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、燃焼炉に対して補助燃料を供給し、更に、燃焼炉に対する空気供給量を増加することにより、ガス化操作に関係なく排熱回収ボイラによる水蒸気生成量を大幅に増加できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は化学肥料工場に適用した本発明の循環流動層ガス化設備の概略を示すブロック図であり、２塔式ガス化炉と称されるガス化装置を有する循環流動層ガス化設備は、ガス化炉１と燃焼炉２とを有しており、燃焼炉２で加熱された流動媒体３は燃焼ガス４と共にサイクロン式等の分離器５に導かれて燃焼ガス４から分離されてガス化炉１に供給される。ガス化炉１には原料供給装置６から原料７が供給されると共に、蒸気バルブ８からの水蒸気９が供給されており、ガス化炉１に供給された前記原料７は、水蒸気９の存在下流動媒体３の熱によりガス化（吸熱反応）されてガス化ガス１０を生成し、生成したガス化ガス１０は、肥料工場に備えられる例えばアンモニア（尿素）のような化学肥料を製造するガス化ガス利用装置１１に供給するようにしている。
【００３１】
前記ガス化炉１内の流動媒体３と未反応のチャーは燃焼炉２に導入され、送風ファン１２によって下部から供給される燃焼空気１３によって前記チャーが燃焼されることで前記流動媒体３を加熱するようになっている。
【００３２】
１４は前記燃焼炉２にガス状、液体状、固体状等の補助燃料１５を供給して燃焼炉の発熱量を増加するようにした補助燃料供給装置である。
【００３３】
１６は給水ポンプ１７によって水１８が供給されるようにした排熱回収ボイラであり、該排熱回収ボイラ１６は前記分離器５からの燃焼ガス４と水１８とを熱交換し、更には、前記ガス化炉１で生成されるガス化ガス１０とも熱交換を行って水蒸気１９を生成するようになっており、生成した水蒸気１９の一部はガス化用の水蒸気９として前記蒸気バルブ８を介してガス化炉１に供給され、前記ガス化炉１に導く以外の残りの水蒸気１９は肥料工場に備えられる例えば冷暖房等の水蒸気利用装置２０に供給するようにしている。
【００３４】
２１は目標追従装置であり、該目標追従装置２１には、前記ガス化炉１で生成されるガス化ガス生成量を検出するガス化ガス生成量検出器２２からの検出信号と、排熱回収ボイラ１６で生成される水蒸気生成量を検出する水蒸気生成量検出器２３からの検出信号が入力されている。
【００３５】
図１の循環流動層ガス化設備によって効率的なガス化が行われる状態では、図２（ａ）に示すように、ガス化炉１に供給される原料供給量に対して、ガス化ガス生成量Ａ及び水蒸気生成量Ｂは一意に求められるバランスした量となっており、従って、上記した原料供給量に対するガス化ガス生成量Ａと水蒸気生成量Ｂのバランス量は予め求めておき、前記目標追従装置２１にテーブルとして入力しておく。図２は、ガス化ガス要求量＝ガス化ガス生成最大量の運転例の場合を示しており、図中ガス化ガス生成量Ａ及び水蒸気生成量Ｂは直線で示しているが、実際は非線形の曲線と考えられる。
【００３６】
従って、目標追従装置２１にガス化ガス要求量２４（当該循環流動層ガス化設備で安定生成できる最大値）を設定すると、目標追従装置２１は制御指令２６を出力して、前記原料供給装置６による原料供給量、蒸気バルブ８による水蒸気供給量、給水ポンプ１７による給水量、送風ファン１２による燃焼空気量を制御し、これによって循環流動層ガス化設備は安定した状態で運転され、ガス化ガス要求量２４に応じたガス化ガス生成量Ａが得られると共に、そのガス化ガス生成量Ａに応じてバランスした水蒸気生成量Ｂが得られるようになる。
【００３７】
更に、前記目標追従装置２１には、水蒸気利用装置２０の要求量である水蒸気要求量２５が入力されている。この水蒸気要求量２５は、前記ガス化ガス生成量Ａとバランスして生成される水蒸気生成量Ｂの範囲内において設定されている。
【００３８】
前記ガス化炉１には、図３、図４に示すように、ガス化炉１内の原料の滞留時間を調節するための滞留時間調節手段２７を備えている。ガス化炉１には下部から吹き込まれる水蒸気９によって流動層２８が形成されており、ガス化炉１の一端側から供給される流動媒体３と原料７は他端側に向かって流動しながら移動するようになっており、他端側の取出部２９からチャーと流動媒体３を取り出して燃焼炉２（図１参照）に供給するようにしている。上記ガス化炉１の側部に、前記一端から他端に向かって流動する流動媒体３と原料７の移動方向に対して側方から直角に交差するよう水蒸気３０を吹き込むようにした噴射ノズル３１を有する滞留時間調節手段２７を設けている。更に、滞留時間調節手段２７は、滞留時間調節器３２からの調節指令３３により前記噴射ノズル３１よってガス化炉１の側部から吹き込む水蒸気３０の吹込量を調節するようにした蒸気バルブ３４を備えており、側部から吹き込む水蒸気３０によってガス化炉１内の原料の進行を抑制して原料の滞留時間を調節するようにしている。この時、水蒸気３０の噴射量を多くすると原料の進行が抑制されて滞留時間は長くなり、逆に水蒸気３０の噴射量を少なくすると原料が進行し易くなって滞留時間は短くなる。又、ここで、前記原料の進行を助けるようにガス化炉１の一端側から他端側に向かって水蒸気を噴射すると、原料の滞留時間を短く調整することが容易に可能になるので、このように原料の進行を助けるように水蒸気を噴射する構成と、前記図３、図４に示したように原料の進行を抑制する方向に水蒸気３０を噴射する構成を組み合わせて備えると、滞留時間の調節幅を広く設定できるようになる。
【００３９】
図５、図６は前記滞留時間調節手段２７の他の例を示すもので、図３、図４と同様にガス化炉１の一端側から流動媒体３と原料７が供給され他端側へ向かって流動しながら移動するようにしている構成において、前記一端と他端との間に、原料の移動を邪魔するように幅方向に延設された板状の邪魔部材３５を有する滞留時間調節手段２７を設けている。更に、滞留時間調節手段２７は、滞留時間調節器３２からの調節指令３３により前記邪魔部材３５を流動層２８内部に挿入する深さを調節するようにした駆動装置３６を備えている。邪魔部材３５を流動層２８の内部に挿入すると、原料は邪魔部材３５の下端を潜り抜けなければ取出部２９側へ流動することができないので、流動層２８に対する邪魔部材３５の挿入深さを大きくすると原料の滞留時間を長く調整することができる。
【００４０】
以下に、上記形態の作用を説明する。
【００４１】
図１の目標追従装置２１には、ガス化ガス要求量２４（当該循環流動層ガス化設備で安定生成できる最大値）が入力されるが、目標追従装置２１には図２（ａ）に示したように、原料供給量に対するガス化ガス生成量Ａと水蒸気生成量Ｂのバランス量が予め入力されているので、目標追従装置２１はガス化ガス要求量２４に基づいた制御指令２６を出力し、ガス化ガス要求量２４を得るのに必要な原料７をガス化炉１に供給するよう原料供給装置６を制御し、ガス化炉１から燃焼炉２に供給されるチャーが燃焼するのに十分な燃焼空気１３が燃焼炉２に供給されるように送風ファン１２を制御し、燃焼炉２からの燃焼ガス４の排熱を回収するのに十分な水１８を排熱回収ボイラ１６に供給するように給水ポンプ１７を制御し、前記原料７の供給量に対応した水蒸気９がガス化炉１に供給されるように蒸気バルブ８を制御し、これによって、ガス化ガス要求量２４になるようにガス化ガス１０は安定して生成され、生成したガス化ガス１０はガス化ガス利用装置１１に供給される。又、排熱回収ボイラ１６では前記ガス化ガス要求量２４にバランスした水蒸気生成量Ｂ（図２（ａ）参照）の水蒸気１９が生成され、一部はガス化用の水蒸気９としてガス化炉１に供給され、残りの水蒸気１９は水蒸気利用装置２０へ安定して供給される。
【００４２】
ここで、最大値であるガス化ガス要求量２４は、この値より増加することはないが、ガス化ガス利用装置１１における減産等によって前記ガス化ガス要求量２４は減少する場合がある。
【００４３】
前記ガス化ガス利用装置１１からガス化ガス要求量２４の減少指令２４'が発せられた際には、目標追従装置２１は、目標追従装置２１に入力された図２（ｃ）のバランス量に基づいて、図７の制御フローチャートに示すステップＳ１，Ｓ２の制御を行うようにしている。ここでは、水蒸気生成量Ｂを変えずにガス化ガス生成量Ａを減少させる例を示している。即ち、ステップＳ１において、ガス化ガス要求量２４の減少指令２４'の有無を判断し、減少指令２４'があった場合は、原料供給装置６によりガス化炉１に対する原料７の供給量を減少する操作を行うと共に、ガス化炉１内における原料の滞留時間を短縮する操作を行う。原料の滞留時間を短縮するには、図３、図４の形態の場合は、ガス化炉１の側部から噴射ノズル３１で吹き込む水蒸気３０の吹込量を減少させることにより、ガス化炉１内での原料の滞留時間を短縮し、又、図５、図６の形態の場合は、ガス化炉１の流動層２８内に挿入している邪魔部材３５の挿入深さを小さくすることにより、ガス化炉１内での原料の滞留時間を短縮する。上記において、原料供給装置６によりガス化炉１に対する原料７の供給量を減少する時には、ガス化炉１に対する水蒸気９の供給量も対応させて減少するようにしてもよい。滞留時間短縮と水蒸気供給量減少は、両方行ってもよいし、どちらか一方を行ってもよい。
【００４４】
上記したように減少指令２４'があった場合において、図２（ｂ）に示すように原料７の供給量を減少させるのみでは、燃焼炉２に導入されるチャーの量も減少するため水蒸気生成量が減少し、水蒸気要求量を満たすことができず熱的な自立も困難となる。原料供給量が大幅に減少するため、循環流動層ガス化設備全体の運転効率が低下する。又、不足する水蒸気を補うためボイラ等別機器を運転するための原料が別途必要となる。それに対し、前記したように、原料７の供給量を減少する操作と、ガス化炉１内での原料の滞留時間を短縮する操作及びガス化炉１への水蒸気供給を減少する操作を行うと、図２（ｃ）に示すように水蒸気生成量を変化させることなく、減少指令２４'に沿ってガス化ガス量が減少する制御が行われるようになる。
【００４５】
又、水蒸気利用装置２０による水蒸気要求量２５は、図２（ｃ）のガス化ガス生成量Ａとバランスして生成される水蒸気生成量Ｂの範囲内で調節するようにしているが、季節・時間等によっては水蒸気要求量２５を増加する増加指令２５'が発せられることがある。
【００４６】
前記水蒸気利用装置２０から水蒸気要求量２５の増加指令２５'が発せられた際は、目標追従装置２１は、図７の制御フローチャートに示すステップＳ３，Ｓ４による第１の制御方法を実施するようにしている。即ち、ステップＳ３において、水蒸気要求量２５の増加指令２５'の有無を判断し、増加指令２５'があったと判断された際は、図７に示す第１の制御方法では、ステップＳ４に示すように排熱回収ボイラ１６に対する給水量を増加するように給水ポンプ１７を調節する操作と、燃焼炉２に対する燃焼空気１３の供給量を増加するように送風ファン１２を調節する操作とを行うようにしている。
【００４７】
図７に示すように、水蒸気要求量２５の増加指令２５'が発せられた際に、燃焼炉２に対する燃焼空気１３の供給量が増加すると、燃焼ガス４の流量が増加するので、排熱回収ボイラ１６で回収される排熱量が多くなり、水蒸気１９の生成量が増加される。前記増加指令２５'の増加幅が比較的小さい場合、或いは短時間の場合には上記した第１の制御方法による簡略な方法によって上記生成量を増加することができる。
【００４８】
図８は前記水蒸気要求量２５の増加指令２５'が発せられた際における第２の制御方法を示すもので、ステップＳ３で増加指令２５'があったと判断された際は、ステップＳ５に示すように、排熱回収ボイラ１６に対する給水量を増加するように給水ポンプ１７を調節する操作と、ガス化炉１に対する原料７の供給量を増加するように原料供給装置を調節する操作と、図３〜図６の装置によりガス化炉１における原料の滞留時間を短縮する操作と、更に、燃焼炉２に対する燃焼空気１３の供給量を増加するように送風ファン１２を調節する操作とを行うようにしている。
【００４９】
図８に示すように、水蒸気要求量２５の増加指令２５'が発せられた際に、排熱回収ボイラ１６に対する給水量の増加と、ガス化炉１に対する原料７の供給量の増加と、ガス化炉１における原料の滞留時間の短縮と、燃焼炉２に対する燃焼空気１３の供給量の増加を行うことにより、ガス化炉１におけるガス化効率を低下させない範囲内において、水蒸気要求量２５の増加指令２５'に基づいて水蒸気生成量を大幅に増加して水蒸気利用装置２０に供給することができる。
【００５０】
図９は前記水蒸気要求量２５の増加指令２５'が発せられた際における第３の制御方法を示すもので、ステップＳ３で増加指令２５'があったと判断された際は、ステップＳ６に示すように、排熱回収ボイラ１６に対する給水量を増加するように給水ポンプ１７を調節する操作と、燃焼炉２に対して補助燃料供給装置１４により補助燃料１５を供給する操作と、更に、燃焼炉２に対する燃焼空気１３の供給量を増加するように送風ファン１２を調節する操作とを行うようにしている。
【００５１】
図９に示すように、水蒸要求量２５の増加指令２５'が発せられた際に、排熱回収ボイラ１６に対する給水量の増加と、燃焼炉２に対する補助燃料１５の供給と、燃焼炉２に対する燃焼空気１３の供給量の増加を行うことにより、ガス化操作に関係なく水蒸気要求量２５の増加指令２５'に基づいて排熱回収ボイラ１６による水蒸気生成量を大幅に増加して水蒸気利用装置２０に供給することができる。
【００５２】
又、前記ガス化炉１に供給する原料７が変化した場合には、図２（ｃ）に示す原料供給量に対するガス化ガス生成量Ａと水蒸気生成量Ｂのバランス量を新たに求めて目標追従装置２１に入力しているテーブルを補正することにより、原料が変わった場合にも、ガス化ガス要求量の変化、及び水蒸気利用装置の水蒸気要求量の変化に対して安定して対応することができる。
【００５３】
尚、上記形態においては、化学肥料工場に適用した循環流動層ガス化設備の場合について例示したが、化学肥料工場以外にも、循環流動層ガス化設備によって生成されるガス化ガスと水蒸気を利用し得る種々の設備に適用できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】化学肥料工場に適用した本発明の循環流動層ガス化設備の概略を示すブロック図である。
【図２】原料供給量に対してガス化ガス生成量と水蒸気生成量がバランスした状態を示すグラフである。
【図３】滞留時間調節手段の一例を示す斜視図である。
【図４】図３の平面図である。
【図５】滞留時間調節手段の他の例を示す斜視図である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】ガス化ガス要求量の減少指令が発生した際の制御方法と、水蒸気要求量の増加指令が発せられた際の第１の制御方法を示す制御フローチャートである。
【図８】図７において、水蒸気要求量の増加指令が発せられた際の第２の制御方法を示す制御フローチャートである。
【図９】図７において、水蒸気要求量の増加指令が発せられた際の第３の制御方法を示す制御フローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１ ガス化炉
２ 燃焼炉
３ 流動媒体
４ 燃焼ガス
５ 分離器
７ 原料
９ 水蒸気
１０ ガス化ガス
１１ ガス化ガス利用装置
１３ 燃焼空気
１５ 補助燃料
１６ 排熱回収ボイラ
１８ 水
１９ 水蒸気
２０ 水蒸気利用装置
２１ 目標追従装置
２４ ガス化ガス要求量
２４' 減少指令
２５ 水蒸気要求量
２５' 増加指令
２７ 滞留時間調節手段
３０ 水蒸気
３５ 邪魔部材
Ａ ガス化ガス生成量
Ｂ 水蒸気生成量
Ｈ 滞留時間
Ｈ１ 滞留時間
Ｓ 原料停止時間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された流動媒体を導入し水蒸気の存在下流動媒体の熱により原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成したガス化ガスを供給するガス化ガス利用装置と、ガス化炉の流動媒体と未反応のチャーを導入し該チャーと共に必要に応じて供給される補助燃料を燃焼空気で燃焼することにより前記流動媒体の加熱を行う燃焼炉と、該燃焼炉から導出される燃焼ガスから流動媒体を分離して前記ガス化炉へ導入する分離器と、少なくとも前記流動媒体が分離された燃焼ガスと水を熱交換して水蒸気を生成する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで生成され一部が前記ガス化炉に供給された残りの水蒸気を供給する水蒸気利用装置とを有する循環流動層ガス化設備のガス化制御方法であって、
ガス化効率が最適に保たれた時のガス化炉に対する原料供給量とガス化ガス生成量及び水蒸気生成量のバランス量を予め求めておき、
循環流動層ガス化設備に設定されるガス化ガス要求量に応じた原料供給量をガス化炉に供給し、ガス化炉から燃焼炉に供給されるチャーが燃焼するのに十分な空気供給量を燃焼炉に供給し、燃焼炉からの燃焼ガスの排熱を回収するのに十分な給水量を排熱回収ボイラに供給し、排熱回収ボイラで生成する水蒸気の前記原料投入量に対応した水蒸気供給量をガス化炉に供給して循環流動層ガス化設備を安定運転するようにしたことを特徴とする循環流動層ガス化設備のガス化制御方法。
【請求項２】
前記安定運転している状態において、ガス化ガス利用装置からガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際は、ガス化炉に対する原料供給量を減少すると同時に、ガス化炉内における原料の滞留時間を短縮し、減少指令に沿わせてガス化ガス生成量を低減させる請求項１に記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御方法。
【請求項３】
前記ガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際に、ガス化炉内に供給する水蒸気量を減少させる請求項１又は２に記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御方法。
【請求項４】
水蒸気利用装置からバランスした水蒸気生成量に対して増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、燃焼炉に対する燃焼空気供給量を増加する請求項１〜３のいずれか１つに記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御方法。
【請求項５】
水蒸気利用装置からバランスした水蒸気生成量に対して増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、ガス化炉に対する原料供給量を増加し、且つガス化炉における原料の滞留時間を短縮し、更に、燃焼炉に対する燃焼空気供給量を増加する請求項１〜３のいずれか１つに記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御方法。
【請求項６】
水蒸気利用装置からバランスした水蒸気生成量に対して増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、燃焼炉に対して補助燃料を供給し、更に、燃焼炉に対する燃焼空気供給量を増加する請求項１〜３のいずれか１つに記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御方法。
【請求項７】
加熱された流動媒体を導入し水蒸気の存在下流動媒体の熱により原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成したガス化ガスを供給するガス化ガス利用装置と、ガス化炉の流動媒体と未反応のチャーを導入し該チャーと共に必要に応じて供給される補助燃料を燃焼空気で燃焼することにより前記流動媒体の加熱を行う燃焼炉と、該燃焼炉から導出される燃焼ガスから流動媒体を分離して前記ガス化炉へ導入する分離器と、少なくとも前記流動媒体が分離された燃焼ガスと水を熱交換して水蒸気を生成する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで生成され一部が前記ガス化炉に供給された残りの水蒸気を供給する水蒸気利用装置とを有する循環流動層ガス化設備のガス化制御装置であって、
ガス化効率が最適に保たれた時のガス化炉に対する原料供給量とガス化ガス生成量及び水蒸気生成量のバランス量を予め求めて入力しておき、
循環流動層ガス化設備に設定されるガス化ガス要求量に応じた原料供給量をガス化炉に供給し、ガス化炉から燃焼炉に供給されるチャーが燃焼するのに十分な空気供給量を燃焼炉に供給し、燃焼炉からの燃焼ガスの排熱を回収するのに十分な給水量を排熱回収ボイラに供給し、排熱回収ボイラで生成する水蒸気の前記原料投入量に対応した水蒸気供給量をガス化炉に供給して安定運転を行うよう制御する目標追従装置を備えたことを特徴とする循環流動層ガス化設備のガス化制御装置。
【請求項８】
前記排熱回収ボイラは、ガス化炉から取り出されるガス化ガスの熱も同時に回収するようにしている請求項７に記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御装置。
【請求項９】
ガス化ガス利用装置からガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際に、ガス化炉に対する原料供給量を減少させる制御を行う前記目標追従装置と、ガス化炉内における原料の滞留時間を短縮させる滞留時間調節手段を有する請求項７又は８に記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御装置。
【請求項１０】
前記滞留時間調節手段は、ガス化炉内の原料の進行を抑制する方向又は進行を助ける方向に水蒸気を噴出する水蒸気供給装置である請求項９に記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御装置。
【請求項１１】
前記滞留時間調節手段は、ガス化炉内の原料の進行を抑制するようにガス化炉の流動媒体内に挿入するようにした邪魔部材である請求項９に記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御装置。
【請求項１】
加熱された流動媒体を導入し水蒸気の存在下流動媒体の熱により原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成したガス化ガスを供給するガス化ガス利用装置と、ガス化炉の流動媒体と未反応のチャーを導入し該チャーと共に必要に応じて供給される補助燃料を燃焼空気で燃焼することにより前記流動媒体の加熱を行う燃焼炉と、該燃焼炉から導出される燃焼ガスから流動媒体を分離して前記ガス化炉へ導入する分離器と、少なくとも前記流動媒体が分離された燃焼ガスと水を熱交換して水蒸気を生成する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで生成され一部が前記ガス化炉に供給された残りの水蒸気を供給する水蒸気利用装置とを有する循環流動層ガス化設備のガス化制御方法であって、
ガス化効率が最適に保たれた時のガス化炉に対する原料供給量とガス化ガス生成量及び水蒸気生成量のバランス量を予め求めておき、
循環流動層ガス化設備に設定されるガス化ガス要求量に応じた原料供給量をガス化炉に供給し、ガス化炉から燃焼炉に供給されるチャーが燃焼するのに十分な空気供給量を燃焼炉に供給し、燃焼炉からの燃焼ガスの排熱を回収するのに十分な給水量を排熱回収ボイラに供給し、排熱回収ボイラで生成する水蒸気の前記原料投入量に対応した水蒸気供給量をガス化炉に供給して循環流動層ガス化設備を安定運転するようにしたことを特徴とする循環流動層ガス化設備のガス化制御方法。
【請求項２】
前記安定運転している状態において、ガス化ガス利用装置からガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際は、ガス化炉に対する原料供給量を減少すると同時に、ガス化炉内における原料の滞留時間を短縮し、減少指令に沿わせてガス化ガス生成量を低減させる請求項１に記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御方法。
【請求項３】
前記ガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際に、ガス化炉内に供給する水蒸気量を減少させる請求項１又は２に記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御方法。
【請求項４】
水蒸気利用装置からバランスした水蒸気生成量に対して増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、燃焼炉に対する燃焼空気供給量を増加する請求項１〜３のいずれか１つに記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御方法。
【請求項５】
水蒸気利用装置からバランスした水蒸気生成量に対して増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、ガス化炉に対する原料供給量を増加し、且つガス化炉における原料の滞留時間を短縮し、更に、燃焼炉に対する燃焼空気供給量を増加する請求項１〜３のいずれか１つに記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御方法。
【請求項６】
水蒸気利用装置からバランスした水蒸気生成量に対して増加指令が発せられた際に、排熱回収ボイラに対する給水量を増加すると共に、燃焼炉に対して補助燃料を供給し、更に、燃焼炉に対する燃焼空気供給量を増加する請求項１〜３のいずれか１つに記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御方法。
【請求項７】
加熱された流動媒体を導入し水蒸気の存在下流動媒体の熱により原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成したガス化ガスを供給するガス化ガス利用装置と、ガス化炉の流動媒体と未反応のチャーを導入し該チャーと共に必要に応じて供給される補助燃料を燃焼空気で燃焼することにより前記流動媒体の加熱を行う燃焼炉と、該燃焼炉から導出される燃焼ガスから流動媒体を分離して前記ガス化炉へ導入する分離器と、少なくとも前記流動媒体が分離された燃焼ガスと水を熱交換して水蒸気を生成する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで生成され一部が前記ガス化炉に供給された残りの水蒸気を供給する水蒸気利用装置とを有する循環流動層ガス化設備のガス化制御装置であって、
ガス化効率が最適に保たれた時のガス化炉に対する原料供給量とガス化ガス生成量及び水蒸気生成量のバランス量を予め求めて入力しておき、
循環流動層ガス化設備に設定されるガス化ガス要求量に応じた原料供給量をガス化炉に供給し、ガス化炉から燃焼炉に供給されるチャーが燃焼するのに十分な空気供給量を燃焼炉に供給し、燃焼炉からの燃焼ガスの排熱を回収するのに十分な給水量を排熱回収ボイラに供給し、排熱回収ボイラで生成する水蒸気の前記原料投入量に対応した水蒸気供給量をガス化炉に供給して安定運転を行うよう制御する目標追従装置を備えたことを特徴とする循環流動層ガス化設備のガス化制御装置。
【請求項８】
前記排熱回収ボイラは、ガス化炉から取り出されるガス化ガスの熱も同時に回収するようにしている請求項７に記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御装置。
【請求項９】
ガス化ガス利用装置からガス化ガス要求量の減少指令が発せられた際に、ガス化炉に対する原料供給量を減少させる制御を行う前記目標追従装置と、ガス化炉内における原料の滞留時間を短縮させる滞留時間調節手段を有する請求項７又は８に記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御装置。
【請求項１０】
前記滞留時間調節手段は、ガス化炉内の原料の進行を抑制する方向又は進行を助ける方向に水蒸気を噴出する水蒸気供給装置である請求項９に記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御装置。
【請求項１１】
前記滞留時間調節手段は、ガス化炉内の原料の進行を抑制するようにガス化炉の流動媒体内に挿入するようにした邪魔部材である請求項９に記載の循環流動層ガス化設備のガス化制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２０９１９２（Ｐ２０１０−２０９１９２Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５８４１（Ｐ２００９−５５８４１）
【出願日】平成２１年３月１０日（２００９．３．１０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１０日（２００９．３．１０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
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