(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気の導入により流動媒体の流動層を形成して原料をガス化するガス化炉と、該ガス化炉内の流動媒体を未反応のチャーと一緒に導いて空気により吹き上げながら前記チャーを燃焼させて流動媒体を加熱する燃焼炉とを備え、該燃焼炉で加熱された流動媒体を燃焼排ガスから分離して前記ガス化炉に戻すようにしたガス化設備の燃焼炉燃焼不足防止方法であって、
定格点でのガス化炉への水蒸気量と原料量に基づきガス化炉から燃焼炉へのチャー送給量を規定する第一のマップと、ガス化炉の温度と流動媒体の循環量が前記チャー送給量に与える影響を係数で規定する第二のマップとを備え、
現在のガス化炉への水蒸気量と原料量を第一のマップに照らして定格点でのチャー送給量を読み出すと共に、現在のガス化炉の温度と流動媒体の循環量を第二のマップに照らして係数を読み出し、該係数を前記定格点でのチャー送給量に乗算して実際のチャー送給量を算出し、
該チャー送給量に対しその完全燃焼に必要な理論空気量を算出して該理論空気量を燃焼炉への空気量の下限値とし、該下限値を前記燃焼炉への空気量が下まわらないように該空気量を制御することを特徴とするガス化設備の燃焼炉燃焼不足防止方法。
【請求項２】
水蒸気の導入により流動媒体の流動層を形成して原料をガス化するガス化炉と、該ガス化炉内の流動媒体を未反応のチャーと一緒に導いて空気により吹き上げながら前記チャーを燃焼させて流動媒体を加熱する燃焼炉とを備え、該燃焼炉で加熱された流動媒体を燃焼排ガスから分離して前記ガス化炉に戻すようにしたガス化設備の燃焼炉燃焼不足防止装置であって、
ガス化炉への水蒸気量を検出する水蒸気量検出手段と、
ガス化炉への原料量を検出する原料量検出手段と、
ガス化炉の温度を検出するガス化炉温度検出手段と、
流動媒体の循環量を検出する流動媒体循環流量検出手段と、
燃焼炉への空気量を調整する燃焼炉空気流量調整手段と、
定格点でのガス化炉への水蒸気量と原料量に基づきガス化炉から燃焼炉へのチャー送給量を規定する第一のマップと、ガス化炉の温度と流動媒体の循環量が前記チャー送給量に与える影響を係数で規定する第二のマップとを備え、現在のガス化炉への水蒸気量と原料量を第一のマップに照らして定格点でのチャー送給量を読み出すと共に、現在のガス化炉の温度と流動媒体の循環量を第二のマップに照らして係数を読み出し、該係数を前記定格点でのチャー送給量に乗算して実際のチャー送給量を算出し、該チャー送給量に対しその完全燃焼に必要な理論空気量を算出して該理論空気量を燃焼炉への空気量の下限値とし、該下限値を前記燃焼炉への空気量が下まわらないように前記燃焼炉空気流量調整手段を制御する制御装置とにより構成したことを特徴とするガス化設備の燃焼炉燃焼不足防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化設備の燃焼炉燃焼不足防止方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油の枯渇の問題から、石油精製時の残渣である石油コークスや現在有効利用されていない資源であるオイルサンド、ビチューメン、褐炭等の低質炭やその他の化石燃料、バイオマス、タイヤチップ等を原料としてガス化を行い、水素及び炭化水素等を主体とするガス化ガスを得て有効利用することが提案されている。
【０００３】
図７はガス化ガスを生成するガス化設備の概略を示すものであって、ここに図示しているガス化設備は、ガス化炉１と燃焼炉２とにより構成された２塔式のガス化設備となっており、ガス化炉１の下部に水蒸気３を供給して流動媒体４（硅砂、石灰石等）の流動層を形成し、該流動層へ投入される原料５（石炭、バイオマス、廃プラスチック等）のガス化を行い、ここで生成したガス化ガス６がガス精製設備へ供給されるようになっている。
【０００４】
一方、前記ガス化炉１内の流動媒体４は、オーバーフローによりガス化炉１内で生成した未反応のチャー７と一緒に燃焼炉２へ導入され、該燃焼炉２の下部に導入される空気８により吹き上げられるようになっており、この際に前記チャー７が燃焼されて流動媒体４が加熱されるようになっている。
【０００５】
更に、前記燃焼炉２において、流動媒体４と一緒に吹き上げられた燃焼排ガス９は、燃焼炉２の上部からサイクロン１０に導入され、該サイクロン１０で分離された流動媒体４がダウンカマー１１を介し前記ガス化炉１に戻されると共に、前記サイクロン１０上部から燃焼排ガス９が排ガス処理設備に送り出されるようになっている。
【０００６】
尚、図７中における符号の１２，１３は、ガス化炉１と燃焼炉２との間、並びに、ガス化炉１とダウンカマー１１との間で、ガス化ガス６の移動を阻止するためのＵ字ダクトからなるシール部を夫々示している。
【０００７】
また、本発明と関連性が高いガス化設備の先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１、２等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１３０６４７号公報
【特許文献２】特開平４−８８０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図７に示す如きガス化炉１と燃焼炉２とからなる２塔式のガス化設備では、その定格運転中において、流動媒体４を燃焼炉２からガス化炉１へ運ぶための空気量の方が、ガス化炉１から燃焼炉２へ送り出されるチャー７の燃焼に必要な理論空気量よりも大きくなるのが通常であるため、特に空気比を考慮した燃焼制御は行われていないのが実情であるが、操作員が流動媒体４の循環量を変更しようとして、ガス化炉１への空気量をチャー７の燃焼に必要な理論空気量よりも少なくなるところまで調整してしまうと、燃焼炉２で空気８の流量が足りなくなってチャー７の燃焼不足を招く虞れがあった。
【００１０】
本発明は、上述の実情にみてなしたもので、ガス化炉から燃焼炉へ送り出されるチャーの燃焼に必要な理論空気量を確実に維持して燃焼炉におけるチャーの燃焼不足を防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、水蒸気の導入により流動媒体の流動層を形成して原料をガス化するガス化炉と、該ガス化炉内の流動媒体を未反応のチャーと一緒に導いて空気により吹き上げながら前記チャーを燃焼させて流動媒体を加熱する燃焼炉とを備え、該燃焼炉で加熱された流動媒体を燃焼排ガスから分離して前記ガス化炉に戻すようにしたガス化設備の燃焼炉燃焼不足防止方法であって、
定格点でのガス化炉への水蒸気量と原料量に基づきガス化炉から燃焼炉へのチャー送給量を規定する第一のマップと、ガス化炉の温度と流動媒体の循環量が前記チャー送給量に与える影響を係数で規定する第二のマップとを備え、
現在のガス化炉への水蒸気量と原料量を第一のマップに照らして定格点でのチャー送給量を読み出すと共に、現在のガス化炉の温度と流動媒体の循環量を第二のマップに照らして係数を読み出し、該係数を前記定格点でのチャー送給量に乗算して実際のチャー送給量を算出し、
該チャー送給量に対しその完全燃焼に必要な理論空気量を算出して該理論空気量を燃焼炉への空気量の下限値とし、該下限値を前記燃焼炉への空気量が下まわらないように該空気量を制御することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明は、水蒸気の導入により流動媒体の流動層を形成して原料をガス化するガス化炉と、該ガス化炉内の流動媒体を未反応のチャーと一緒に導いて空気により吹き上げながら前記チャーを燃焼させて流動媒体を加熱する燃焼炉とを備え、該燃焼炉で加熱された流動媒体を燃焼排ガスから分離して前記ガス化炉に戻すようにしたガス化設備の燃焼炉燃焼不足防止装置であって、
ガス化炉への水蒸気量を検出する水蒸気量検出手段と、
ガス化炉への原料量を検出する原料量検出手段と、
ガス化炉の温度を検出するガス化炉温度検出手段と、
流動媒体の循環量を検出する流動媒体循環流量検出手段と、
燃焼炉への空気量を調整する燃焼炉空気流量調整手段と、
定格点でのガス化炉への水蒸気量と原料量に基づきガス化炉から燃焼炉へのチャー送給量を規定する第一のマップと、ガス化炉の温度と流動媒体の循環量が前記チャー送給量に与える影響を係数で規定する第二のマップとを備え、現在のガス化炉への水蒸気量と原料量を第一のマップに照らして定格点でのチャー送給量を読み出すと共に、現在のガス化炉の温度と流動媒体の循環量を第二のマップに照らして係数を読み出し、該係数を前記定格点でのチャー送給量に乗算して実際のチャー送給量を算出し、該チャー送給量に対しその完全燃焼に必要な理論空気量を算出して該理論空気量を燃焼炉への空気量の下限値とし、該下限値を前記燃焼炉への空気量が下まわらないように前記燃焼炉空気流量調整手段を制御する制御装置とにより構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のガス化設備の燃焼炉燃焼不足防止方法及び装置によれば、操作員が流動媒体の循環量を変更しようとして、ガス化炉への空気量をチャーの燃焼に必要な理論空気量よりも少なくなるところまで操作してしまったとしても、ガス化炉から燃焼炉へ送り込まれるチャーの送給量に基づいて算出した理論空気量を燃焼炉への空気量の下限値とし、該下限値を前記燃焼炉への空気量が下まわらないように該空気量を制御しているので、ガス化炉から燃焼炉へ送り出されるチャーの燃焼に必要な理論空気量を確実に維持することができ、これによって、燃焼炉におけるチャーの燃焼不足を未然に防止することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の制御装置に備えられた第一のマップの一例を示す図である。
【図３】図１の制御装置に備えられた第二のマップの一例を示す図である。
【図４】図１の制御装置における流量指令制限の手順を示すフローチャートである。
【図５】図１の制御装置に備えられた第三のマップの一例を示す図である。
【図６】図１の燃焼炉空気流調弁への流量指令を説明するグラフである。
【図７】従来例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１〜図６は本発明を実施する形態の一例であって、図中で図７と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は既に図７の概略図で説明した通りであるが、本形態例においては、ガス化炉１への水蒸気３の流量（水蒸気量）を検出する水蒸気流量計１４（水蒸気量検出手段）と、ガス化炉１へ原料５を原料ゲートバルブ１５を介して供給するスクリューコンベア１６の回転数を原料５の投入量（原料量）の代用値として検出する回転センサ１７（原料量検出手段）と、ガス化炉１の温度を検出するガス化炉温度計１８（ガス化炉温度検出手段）と、ダウンカマー１１の途中に装備されて流動媒体４の循環量を検出する流動媒体循環流量計１９（流動媒体循環流量検出手段）と、燃焼炉２への空気８の流量（空気量）を調整する空気流調弁２０（燃焼炉空気流量調整手段）と、該空気流調弁２０の操作を操作員が行うための入力装置２１と、該入力装置２１により入力された流量指令に適宜に制限を加えて前記空気流調弁２０を制御する制御装置２２とが備えられている。尚、図１中における符号の２３は水蒸気流調弁、２４は送風機、２５は燃焼炉２への空気８の流量（空気量）を検出する燃焼炉空気流量計、２６は原料バンカを夫々示している。
【００１７】
ここで、前記制御装置２２においては、図２に示す如く、ある定格点（例えばガス化炉温度800℃で流動媒体循環量40000kg/hの運転状態）でのガス化炉１への水蒸気量と原料量に基づいてガス化炉１から燃焼炉２へのチャー７の送給量を規定する第一のマップが備えられている。
【００１８】
この第一のマップにおけるチャー７の送給量は、加重平均により求められるようになっており、例えば、水蒸気量150kg/hで原料量125kg/hの場合、チャー７の送給量は、第一のマップに照らして下記の式（１）により11.875kg/hと求めることができる。
［数１］
チャー送給量＝10×1/2×3/4＋9×1/2×3/4＋20×1/2×1/4＋18×1/2×1/4
＝11.875［kg/h］…（１）
【００１９】
また、前記制御装置２２には、図３に示す如く、前述の第一のマップで定格点とした運転状態（例えばガス化炉温度800℃で流動媒体循環量40000kg/h）を「１」とし、ガス化炉１の温度と流動媒体４の循環量が前記チャー７の送給量に与える影響を係数で規定する第二のマップが備えられており、ガス化炉温度が定格点より上がれば影響係数が減少し、流動媒体循環量が増えれば影響係数が増加する傾向を呈するようになっている。
【００２０】
そして、前記制御装置２２における流量指令制限の具体的な手順は、図４にフローチャートで示す通りであり、先ずステップＳ１において、現在のガス化炉１への水蒸気３の流量（水蒸気流量計１４で検出されるもの）と原料５の流量（回転センサ１７の検出に基づいて算出されるもの）を第一のマップに照らして定格点でのチャー７の送給量が読み出される一方、ステップＳ２において、現在のガス化炉１の温度（ガス化炉温度計１８で検出されるもの）と流動媒体４の循環流量（流動媒体循環流量計１９で検出されるもの）を第二のマップに照らして係数が読み出され、ステップＳ３において、前記ステップＳ１で第一のマップから読み出された定格点でのチャー７の送給量に対し、前記ステップＳ２で第二のマップから読み出された影響係数が乗算されて実際のチャー７の送給量が算出されるようになっている。
【００２１】
更に、ステップＳ４では、チャー７の送給量とその完全燃焼に必要な理論空気量との関係を規定する図５に示す如き第三のマップに照らして、ステップＳ３で算出された実際のチャー７の送給量に対しその完全燃焼に必要な理論空気量が算出されるようになっており、次のステップＳ５においては、先のステップＳ４で求められた理論空気量を、前記入力装置２１により操作員が入力できる流量指令の下限値とし、前記燃焼炉２への空気量が理論空気量を下まわらないように空気流調弁２０への流量指令に制限がかかるようになっている。
【００２２】
即ち、図６にグラフで示す如く、入力装置２１にて操作員により入力された流量指令が理論空気量より多ければ、そのまま入力された流量指令通りに空気流調弁２０が制御され、入力装置２１にて操作員により入力された流量指令が理論空気量より少なければ、該理論空気量で空気流調弁２０が制御されるようにしてある。
【００２３】
ここで、燃焼炉２への空気量については、適宜に燃焼炉空気流量計２５により実測して監視することが好ましく、制御装置２２にて制御が適切に実行されていることを確認すると良い。
【００２４】
尚、前述した流量指令制限の具体的な手順における第一〜第三のマップは、予め運転データ及び実験データに基づいて作成されたものであり、制御装置２２のソフトウェア上に実装されるようになっている。
【００２５】
而して、このようにすれば、現在のガス化炉１への水蒸気３の流量と原料５の流量を第一のマップに照らして定格点でのチャー７の送給量を読み出し、現在のガス化炉１の温度と流動媒体４の循環流量を第二のマップに照らして読み出した係数を、前記定格点でのチャー７の送給量に乗算することにより、ガス化炉１から燃焼炉２へのチャー７の送給量を算出し、この算出されたチャー７の送給量に基づいて、その完全燃焼に必要な理論空気量を算出して該理論空気量を燃焼炉２への空気量の下限値とし、前記燃焼炉２への空気量が理論空気量を下まわらないように該空気量を制御することが可能となる。
【００２６】
以上に述べた通り、本形態例によれば、操作員が流動媒体４の循環量を変更しようとして、ガス化炉１への空気量をチャー７の燃焼に必要な理論空気量よりも少なくなるところまで操作してしまったとしても、ガス化炉１から燃焼炉２へ送り込まれるチャー７の送給量に基づいて算出した理論空気量を燃焼炉２への空気量の下限値とし、該下限値を前記燃焼炉２への空気量が下まわらないように該空気量を制御しているので、ガス化炉１から燃焼炉２へ送り出されるチャー７の燃焼に必要な理論空気量を確実に維持することができ、これによって、燃焼炉２におけるチャー７の燃焼不足を未然に防止することができる。
【００２７】
尚、本発明のガス化設備の燃焼炉燃焼不足防止方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、ガス組成やガス化炉に投入する原料の組成等に応じて異なるマップを使い分けるようにしても良いこと、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。
【符号の説明】
【００２８】
１  ガス化炉
２  燃焼炉
３  水蒸気
４  流動媒体
５  原料
６  ガス化ガス
７  チャー
８  空気
９  燃焼排ガス
１０  サイクロン
１１  ダウンカマー
１２  シール部
１３  シール部
１４  水蒸気流量計（水蒸気量検出手段）
１５  原料ゲートバルブ
１６  スクリューコンベア
１７  回転センサ（原料量検出手段）
１８  ガス化炉温度計（ガス化炉温度検出手段）
１９  流動媒体循環流量計（流動媒体循環流量検出手段）
２０  燃焼炉空気流調弁（燃焼炉空気流量調整手段）
２１  入力装置
２２  制御装置
２３  水蒸気流調弁
２４  送風機
２５  燃焼炉空気流量計
２６  原料バンカ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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