(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下段用燃料を燃焼させてガス化反応に必要な熱を発生させる下段のコンバスタと該コンバスタの燃焼熱を利用して上段用燃料をガス化する上段のリダクタとの二段構造のガス化炉の、前記コンバスタに、前記上段用燃料よりも発熱量が大きい燃料を前記下段用燃料として供給すると共に、前記リダクタに、前記下段用燃料よりも燃料比が小さく且つ灰分が少ない燃料を前記上段用燃料として供給し、且つ、前記上段用燃料が亜瀝青炭若しくは褐炭であり、前記下段用燃料が少なくとも瀝青炭を含むことを特徴とするガス化炉燃料供給方法。
【請求項２】
下段用燃料を燃焼させてガス化反応に必要な熱を発生させる下段のコンバスタと該コンバスタの燃焼熱を利用して上段用燃料をガス化する上段のリダクタとの二段構造のガス化炉の、前記コンバスタに、前記上段用燃料よりも発熱量が大きい燃料を前記下段用燃料として供給すると共に、前記リダクタに、前記下段用燃料よりも燃料比が小さく且つ灰分が少ない燃料を前記上段用燃料として供給し、且つ、前記上段用燃料が亜瀝青炭若しくは褐炭であり、前記下段用燃料が少なくとも石油コークスを含むことを特徴とするガス化炉燃料供給方法。
【請求項３】
前記上段用燃料若しくは前記下段用燃料として褐炭を用いる場合に、該褐炭を乾燥し粉砕して微粉状態の乾燥褐炭を製造する微粉炭機と該微粉炭機に乾燥適温に加熱された乾燥用ガスを供給する加熱部とを更に備え、前記ガス化炉の熱を吸熱させることによって昇温させた蒸気若しくはＩＧＣＣ系統内の蒸気と熱交換させて前記加熱部が前記乾燥用ガスを前記乾燥適温に加熱することを特徴とする請求項１または２記載のガス化炉燃料供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化炉燃料供給方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、石炭を原料としてガスを製造する二段噴流床式ガス化炉に適用して好適な燃料の供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭(微粉炭)を原料としてガスを製造する二段噴流床式ガス化炉は、図３に示すように、熱エネルギーを発生させるコンバスタ１０２と、その熱エネルギーによりガス化反応を行わせるリダクタ１０３とにより構成される。コンバスタ１０２及びリダクタ１０３には、その目的に応じてそれぞれ１本又は２本以上のコンバスタバーナ１０４，リダクタバーナ１０５（図中ではそれぞれ１本のみ図示）が備えられる。また、コンバスタバーナ１０４の下方にはスラグの排出口１０７が設けられて溶融スラグが下方へ落下する。そして底部には落下したスラグを冷却する冷却水１０８が溜められている。燃料となる石炭はガス化に適正な粒度に粉砕された微粉炭としてリダクタバーナ１０５に導入されると共にコンバスタバーナ１０４にも微粉炭が導入される。また、コンバスタバーナ１０４には空気又は酸素が供給されて微粉炭と共にコンバスタ１０２に投入され、主に石炭の燃焼により高温燃焼ガスが発生する。そして、リダクタ１０３では、コンバスタ１０２で発生した高温燃焼ガスと混合して高温の還元雰囲気場においてガス化反応が行われ、可燃性ガスが生成される（特許文献１）。
【０００３】
そして、例えば上述のようなガス化炉においては、発熱量が大きい瀝青炭が燃料用の石炭(微粉炭)として用いられることが多い。なお、このようなガス化炉によって製造されたガスは、例えば、発電設備で稼働するガスタービンの燃料ガスとして用いられたり、合成プロセスの原料ガスとして用いられたりする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７９７９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように二段噴流床式ガス化炉は石炭を原料としてガスを製造するものであるところ、新興国の急激な発展もあり、化石燃料特に石炭の需給状態が厳しいものになりつつある。今後、発電用燃料を確保するためには、従来から用いられてきた高品位の瀝青炭だけでなく、水分が多く瀝青炭と比較して発熱量の小さい亜瀝青炭や褐炭の使用を拡大する必要がある。
【０００６】
しかしながら、亜瀝青炭や褐炭は揮発分が多いと共に灰分が少ないものがある一方で発熱量が瀝青炭と比べると小さいことから、さらに褐炭は60％もの水分を含むものがあることなどから、従来使用されてきた瀝青炭と単純に入れ替えるだけでは亜瀝青炭や褐炭の使用は困難であるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、高品位とは言えない亜瀝青炭や褐炭を用いて二段噴流床式ガス化炉によってガスを製造することができるガス化炉燃料供給方法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】
【００１１】
かかる目的を達成するため、請求項１，２記載のガス化炉燃料供給方法は、下段用燃料を燃焼させてガス化反応に必要な熱を発生させる下段のコンバスタと該コンバスタの燃焼熱を利用して上段用燃料をガス化する上段のリダクタとの二段構造のガス化炉の、コンバスタに、上段用燃料よりも発熱量が大きい燃料を下段用燃料として供給すると共に、リダクタに、下段用燃料よりも燃料比が小さく且つ灰分が少ない燃料を上段用燃料として供給するようにしている。
【００１２】
したがって、これらのガス化炉燃料供給方法によると、上段のリダクタにおけるチャーの発生が抑制されると共に、下段のコンバスタにおいては上段のリダクタにおけるガス化反応と下段のコンバスタにおける溶融スラグの排出とに十分な燃焼熱が発生する。なお、燃料比は、揮発分に対する固定炭素の比率のことであり、固定炭素を揮発分で除したものである。
【００１３】
さらに、請求項１記載の発明は、上段用燃料が亜瀝青炭若しくは褐炭であり、下段用燃料が少なくとも瀝青炭を含むようにしている。また、請求項２記載の発明は、上段用燃料が亜瀝青炭若しくは褐炭であり、下段用燃料が少なくとも石油コークスを含むようにしている。この場合には、亜瀝青炭及び褐炭は燃料比が小さく且つ灰分が少ないので上段のリダクタにおけるチャーの発生が確実に抑制されると共に、瀝青炭や石油コークスは発熱量が大きいので下段のコンバスタにおける燃焼熱の発生が十分に促進される。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のガス化炉燃料供給方法において、上段用燃料若しくは下段用燃料として褐炭を用いる場合に、褐炭を乾燥し粉砕して微粉状態の乾燥褐炭を製造する微粉炭機と該微粉炭機に乾燥適温に加熱された乾燥用ガスを供給する加熱部とを更に備え、ガス化炉の熱を吸熱させることによって昇温させた蒸気若しくはＩＧＣＣ（Ｉntegrated coal Ｇasification Ｃombined Ｃycle の略：石炭ガス化複合発電）系統内の蒸気と熱交換させて加熱部が乾燥用ガスを乾燥適温に加熱するようにしている。この場合には、ガス化炉におけるガス製造によって生じる熱がガス製造の系内で有効に利用される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のガス化炉燃料供給方法によれば、上段のリダクタにおけるチャーの発生を抑制することができると共に、下段のコンバスタにおいて上段のリダクタにおけるガス化反応と下段のコンバスタにおける溶融スラグの排出とに十分な燃焼熱を発生させることができるので、チャーの回収装置にかかる負荷を低減して当該装置自体の整備費用や当該装置の保守の手間・費用の低減を図ることが可能になる。しかも、上段用燃料として亜瀝青炭や褐炭を用いることにより、高品位とは言えない石炭の使用拡大を図ることができ、燃料の有効利用が可能になる。
【００１６】
また、本発明のガス化炉燃料供給方法によれば、ガス化炉におけるガス製造によって生じる熱をガス製造の系内で有効に利用することができ、燃料として褐炭を用いる場合の当該褐炭の乾燥のために別途の燃料を必要としないので、コストを低減することが可能になる。そして、この点からも、高品位とは言えない石炭の使用拡大を図ることができ、燃料の有効利用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のガス化炉燃料供給方法の実施形態の一例を説明する図で、二段噴流床式ガス化炉の概略構成図である。
【図２】本発明のガス化炉燃料供給方法の他の実施形態を説明する図で、二段噴流床式ガス化炉の概略構成図である。
【図３】従来から用いられている二段噴流床式ガス化炉の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１に、本発明のガス化炉燃料供給方法の実施形態の一例を示す。このガス化炉燃料供給方法は、下段用燃料５を燃焼させてガス化反応に必要な熱を発生させる下段のコンバスタ２と該コンバスタ２の燃焼熱を利用して上段用燃料４をガス化する上段のリダクタ３との二段構造のガス化炉１の、コンバスタ２に、ガス化反応に必要な燃焼熱を発生し得る燃料を下段用燃料５として供給すると共に、リダクタ３に、下段用燃料５よりも燃料比が小さく且つ灰分が少ない燃料を上段用燃料４として供給するようにしている。
【００２０】
本発明のガス化炉燃料供給方法が適用され得るガス化炉１は、図１に示すように、二段噴流床式ガス化炉とも呼ばれるものであり、連通する下段のコンバスタ２と上段のリダクタ３との二段構造として構成される。そして、ガス化炉１は、コンバスタ２で下段用燃料５を燃焼してガス化反応及びスラグの溶出に必要な熱を発生させ、当該コンバスタ２の燃焼熱を利用してリダクタ３で上段用燃料４をガス化反応させてガスを生成する。
【００２１】
ここで、本発明のガス化炉燃料供給方法が適用されるためには、ガス化炉として、コンバスタ２とリダクタ３とに種類が異なる燃料を供給する仕組みを有していれば、その他に特別な構造・構成は必要ではない。すなわち、本発明のガス化炉燃料供給方法は、従来から用いられている二段噴流床式ガス化炉に対して適用可能である。
【００２２】
コンバスタ２には下段用燃料５をコンバスタ２内に噴出して供給するための噴出ノズル（図示せず）が設けられ、リダクタ３の下部には上段用燃料４を空気等のガス化剤と一緒にリダクタ３内に噴出して供給するための噴出ノズル（図示せず）が設けられる。
【００２３】
また、コンバスタ２の底部には溶融スラグ９を排出するための排出口が設けられ、リダクタ３の頂部には生成ガスを取り出すためのラインが設けられると共に当該ラインと接続するチャー回収装置８が備えられる。なお、下段用燃料５を燃焼させるためにコンバスタ２へは空気又は酸素富化空気などを投入するが、下段用燃料５の水分が多いためにコンバスタ２内における燃焼熱が低下してしまう場合にはコンバスタ２へ投入する酸素の濃度を上げるようにしても良い。
【００２４】
上段用燃料４はリダクタ３でガス化し、チャーを含んだガス（符号６，７）が生成される。ガス化炉後流にはラインが設けられ、リダクタ３で生成されたガス(符号６，７)は前記ラインを経由してチャー回収装置８へ流れる。そして、前記ガス(符号６，７)はチャー回収装置８で生成ガス６とチャー７とに分離されて回収される。
【００２５】
チャー回収装置８で分離され回収された生成ガス６は、図示していない貯蔵設備に一旦貯められ、製品ガスとして取り引きされたり、発電設備で稼働するガスタービンの燃料ガスとして用いられたりする。
【００２６】
また、チャー回収装置８とコンバスタ２との間にもラインが設けられ、チャー回収装置８で分離され回収されたチャー７はコンバスタ２へ再供給（言い換えるとリサイクル）されて下段用燃料５と共に燃焼する。なお、チャー回収装置（サイクロンとも呼ばれる）８としては、チャーを集塵する仕組みとして従来から用いられている例えばポーラスフィルタなどが用いられる。
【００２７】
ガス化炉１におけるチャー７は殆どが上段用燃料４から生成されるチャーである。また、上段用燃料４の灰分はチャー７中に含まれ、チャー回収装置８によって回収されてチャー７と共にリサイクルされる。したがって、上段用燃料４として灰分が少ない燃料を用いることによってチャー回収装置８にかかる負荷を低減させることが可能であり、チャー回収装置８自体の整備費用や当該装置の保守の手間・費用を低減させることができる。
【００２８】
なお、コンバスタ２で燃焼する下段用燃料５及びチャー７中の灰分は溶融スラグ９となってコンバスタ２底部の排出口から排出されて水中に落下して回収される。
【００２９】
本発明のガス化炉燃料供給方法における下段用燃料５と上段用燃料４との組み合わせは、下段用燃料５がリダクタ３におけるガス化反応に必要な燃焼熱をコンバスタ２において発生し得るものであると共に上段用燃料４の方が下段用燃料５よりも燃料比が小さく且つ灰分が少ないものであれば良く、種々の組み合わせが考えられる。なお、本発明では、下段用燃料５や上段用燃料４として単一種類の燃料を用いる場合に限らず、複数種類の燃料全体として上記の条件が満たされるようにしても良い。また、コンバスタ２においては当該コンバスタ２の表面をスラグコーティングする必要があるので、ある程度の灰分を含む燃料が下段用燃料５として用いられる。
【００３０】
上記の条件を満たす組み合わせとしては具体的には例えば表１に示すものが考えられる。なお、例えば組み合わせＢの下段用燃料の欄に瀝青炭と亜瀝青炭との二つの燃料が記載されているところ、この場合には、二つの燃料を予め混合して投入するか、若しくは二つの燃料のそれぞれに対応する二つの供給ラインから同時に投入するようにすれば良い。
【表１】
0005575565.tif 000002
【００３１】
表１の燃料のうち亜瀝青炭と褐炭には、他の燃料と比べると灰分〔％〕が少ないものがありガス化炉の燃料として用いた場合のチャーの発生が少ないので、上段用燃料４として用いることによってリダクタ３におけるチャーの発生が抑制される。
【００３２】
また、亜瀝青炭と褐炭は、他の燃料と比べると燃料比が小さく揮発分〔％〕が多いので、上段用燃料４として用いればチャーの発生が少なくリダクタ３において効率的に生成ガスが発生する。
【００３３】
また、瀝青炭と石油コークス（ペトコークとも呼ばれる）とは、他の燃料と比べると発熱量〔MJ/kg〕が大きいので、下段用燃料５として用いることによってコンバスタ２においてガス化反応及び灰溶融のために必要な熱が発生する。
【００３４】
そして、発熱量が大きい瀝青炭や石油コークスと一緒に亜瀝青炭，褐炭，高灰分炭を下段用燃料５として用いることによって、高品位とは言えない石炭の有効利用が図られる。
【００３５】
なお、本発明のガス化炉燃料供給方法における下段用燃料５と上段用燃料４との組み合わせは、下段用燃料５がリダクタ３におけるガス化反応に必要な燃焼熱をコンバスタ２において発生し得るものであると共に上段用燃料４の方が下段用燃料５よりも燃料比が小さく且つ灰分が少ないものであれば良く、様々な組み合わせが考えられ、表１のものには限られない。
【００３６】
ここで、表１の組み合わせのうちＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、上段用燃料４としての亜瀝青炭は揮発分量が多いと共に灰分が少ないものがあり、且つ、下段用燃料５としての瀝青炭は発熱量が大きいので上段用燃料４と下段用燃料５との組み合わせとして好ましい。すなわち、上段用燃料４は燃料比が小さく且つ灰分が少ないのでリダクタ３におけるチャーの発生が抑制され、また、上段用燃料４の揮発分が多いので生成ガスが効率的に発生し、さらに、下段用燃料５の発熱量が大きいのでガス化反応及び灰溶融に必要な燃焼熱が十分に発生するので好ましい。なお、組み合わせＢ，Ｃについては、下段用燃料５として瀝青炭に加えて亜瀝青炭，高灰分炭を用いるところ、石炭性状とガス化炉１毎の仕様・性能に基づいて下段のコンバスタ２における十分な燃焼熱が確保されるように瀝青炭と亜瀝青炭，高灰分炭との混合比が決定される。
【００３７】
また、表１の組み合わせのうちＤ，Ｅは、上段用燃料４としての亜瀝青炭は揮発分量が多いと共に灰分が少ないものがあり、且つ、下段用燃料５としての石油コークスは発熱量が大きいので上段用燃料４と下段用燃料５との組み合わせとして好ましい。すなわち、上段用燃料４は燃料比が小さく且つ灰分が少ないのでリダクタ３におけるチャーの発生が抑制され、また、上段用燃料４の揮発分が多いので生成ガスが効率的に発生し、さらに、下段用燃料５の発熱量が大きいのでガス化反応及び灰溶融に必要な燃焼熱が十分に発生するので好ましい。なお、組み合わせＥについては、下段用燃料５として石油コークスに加えて高灰分炭を用いるところ、ガス化炉１毎の仕様・性能に基づいて下段のコンバスタ２における十分な燃焼熱が確保されるように石油コークスと高灰分炭との混合比が決定される。
【００３８】
また、表１の組み合わせのうちＦ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊは、上段用燃料４としての褐炭は揮発分量が多いと共に灰分が少ないものがあり、且つ、下段用燃料５としての瀝青炭は発熱量が大きいので上段用燃料４と下段用燃料５との組み合わせとして好ましい。すなわち、上段用燃料４は燃料比が小さく且つ灰分が少ないのでリダクタ３におけるチャーの発生が抑制され、さらに、下段用燃料５の発熱量が大きいのでガス化反応及び灰溶融に必要な燃焼熱が十分に発生するので好ましい。なお、組み合わせＧ，Ｈ，Ｉについては、下段用燃料５として瀝青炭に加えて亜瀝青炭，褐炭，高灰分炭を用いるところ、石炭性状とガス化炉１毎の仕様・性能に基づいて下段のコンバスタ２における十分な燃焼熱が確保されるように瀝青炭と亜瀝青炭，褐炭，高灰分炭との混合比が決定される。
【００３９】
また、表１の組み合わせのうちＪ，Ｋは、上段用燃料４としての褐炭は揮発分量が多いと共に灰分が少ないものがあり、且つ、下段用燃料５としての石油コークスは発熱量が大きいので上段用燃料４と下段用燃料５との組み合わせとして好ましい。すなわち、上段用燃料４は燃料比が小さく且つ灰分が少ないのでリダクタ３におけるチャーの発生が抑制され、さらに、下段用燃料５の発熱量が大きいのでガス化反応及び灰溶融に必要な燃焼熱が十分に発生するので好ましい。なお、組み合わせＫについては、下段用燃料５として石油コークスに加えて高灰分炭を用いるところ、ガス化炉１毎の仕様・性能に基づいて下段のコンバスタ２における十分な燃焼熱が確保されるように石油コークスと高灰分炭との混合比が決定される。
【００４０】
ここで、褐炭を乾燥し粉砕した微粉状態の乾燥褐炭を下段用燃料５又は上段用燃料４としてコンバスタ２やリダクタ３に供給する場合には、褐炭を乾燥し粉砕する仕組みを、例えば図２に示すように、ガス化炉１によるガス製造の系内に組み込むようにしても良い。なお、図２に示す例では、微粉状態の乾燥褐炭を上段用燃料４としてリダクタ３に供給するようにしているが、これに限られず、微粉状態の乾燥褐炭を下段用燃料５としてコンバスタ２に供給するようにしても良く、その場合も褐炭を乾燥し粉砕する仕組みとしては以下に説明するものと同様に構成される。
【００４１】
褐炭を乾燥し粉砕する仕組みとして、本発明では具体的には、微粉状態の乾燥褐炭を製造する微粉炭機１０と当該微粉炭機１０に供給する乾燥用ガス１４を加熱する仕組みとをガス化炉１によるガス製造の系内に組み込むようにする。
【００４２】
微粉炭機１０は、褐炭１２を原料とし、乾燥用ガス１４を導入した環境で原料を乾燥し粉砕して微粉状態の乾燥褐炭を製造する装置である。微粉炭機１０に供給される乾燥用ガス１４は、酸素濃度が低く抑えられると共に、微粉炭機１０に供給される褐炭１４を乾燥させるのに適した温度（乾燥適温という）に加熱される。なお、乾燥適温は例えば200℃程度である。
【００４３】
乾燥適温に加熱した乾燥用ガス１４を微粉炭機１０に供給するために加熱部１１としてのエアヒータが設けられる。エアヒータ１１は、空気及び例えば窒素ガスを所望の割合に混合して低酸素濃度にした空気等１３と、ガス化炉１を経由させて昇温させた蒸気１５若しくはＩＧＣＣ系統内の蒸気の一部とを熱交換させて空気等１３の温度を上昇させるための熱交換器である。図２に示す例では、蒸気１５がガス化炉１の熱交換部１ａで吸熱すると共にエアヒータ１１の熱交換部１１ａで放熱することによって空気等１３がエアヒータ１１において乾燥適温に加熱されて乾燥用ガス１４として微粉炭機１０に供給される。なお、蒸気１５の供給源は特定のものには限定されない。具体的には例えばガス化炉炉壁管蒸気を用いるようにしても良いし（図２）、ＩＧＣＣ系統内の蒸気の一部を利用するようにしても良い。
【００４４】
上述のように構成された褐炭１２を乾燥し粉砕してガス化炉１に供給する仕組みでは、ガス化炉１の熱で昇温させた蒸気１５若しくはＩＧＣＣ内の蒸気と熱交換させることによって空気等１３を乾燥適温まで加熱して乾燥用ガス１４を製造することができる加熱部としてのエアヒータ１１を備えるようにしているので、ガス製造によって生じるガス化炉１の熱が有効に利用される。すなわち、ガス製造のためとは別途の燃料を燃焼させることなく、ガス化炉１におけるガス製造の熱を有効に利用して高温の乾燥用ガス１４を得ることができる。
【００４５】
以上のように構成された本発明のガス化炉燃料供給方法によれば、上段のリダクタ３におけるチャー７の発生を抑制することができると共に、下段のコンバスタ２において上段のリダクタ３におけるガス化反応と下段のコンバスタ２における溶融スラグ９の排出とに十分な燃焼熱を発生させることができるので、チャー回収装置８にかかる負荷を低減して当該装置８自体の整備費用や当該装置８の保守の手間・費用の低減を図ることが可能になる。
【００４６】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ガス化炉
２  コンバスタ
３  リダクタ
４  上段用燃料
５  下段用燃料
６  生成ガス
７  チャー
８  チャー回収装置
９  溶融スラグ
【図１】
0005575565.tif 000003
【図２】
0005575565.tif 000004
【図３】
0005575565.tif 000005