(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の内筒の内部に形成され搬送ガスにより搬送された微粉炭、チャー等の燃料を前記ガス化炉内に噴出する燃料噴出路と、円筒状の外筒の内周に前記燃料噴出路と前記内筒を隔てて環状に形成され空気及び酸素を含むガス化剤を前記ガス化炉内に噴出するガス化剤通路とを備え、前記内筒の入口端に燃料供給口を、出口端に噴出口を具えたガス化炉用バーナにおいて、
３００℃以上の高温空気を供給する空気供給口と、前記高温空気より低温の高濃度酸素を供給する酸素供給口とを、前記円筒状の外筒の前記ガス化剤通路の途中にガス化剤流れ方向に沿って接続させるとともに、前記酸素供給口が、前記空気供給口より上流側の、前記燃料噴出路の燃料供給口側に位置するように配置し、前記ガス化剤通路内において前記高温空気と低温酸素とが混合されるように構成したことを特徴とするガス化炉用バーナ。
【請求項２】
前記酸素供給口から前記ガス化剤通路に供給される高濃度酸素の温度を１００℃程度の低温でかつ濃度９０％以上の高濃度を保持し、一方前記空気供給口からガス化剤通路に供給される高温空気の温度を３００℃以上の高温に保持されるとともに、前記空気供給口の開口部近傍において該空気供給口からの高温の空気と高濃度酸素とが合流し、該合流により酸素濃度が３０容積％以上でかつ温度が３００℃近傍のガス化剤を生成することを特徴とする請求項１記載のガス化炉用バーナ。
【請求項３】
円筒状の内筒の内部に形成され搬送ガスにより搬送された微粉炭、チャー等の燃料を前記ガス化炉内に噴出する燃料噴出路と、前記内筒の外周側に位置する円筒状の外筒と内筒の間に環状に形成され空気及び酸素を含むガス化剤を前記ガス化炉内に噴出するガス化剤通路とを備え、前記内筒の入口端に燃料供給口を、出口端に噴出口を具えたガス化炉用バーナを用いたガス化剤供給方法において、
前記ガス化剤通路の途中で該ガス化剤通路内に３００℃以上の高温の空気を供給し、該空気の供給位置より上流側の燃料供給口側で該空気よりも低温でかつ濃度９０％以上の高濃度酸素を前記ガス化剤通路内に供給し、該ガス化剤通路内において前記空気と酸素とを混合させて酸素濃度が３０容積％以上でかつ温度が３００℃近傍のガス化剤を生成することを特徴とするガス化剤供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内筒内に形成され搬送ガスにより搬送された微粉炭、チャー等の燃料を燃料噴出路からガス化炉内に噴出するとともに、前記燃料噴出路と前記内筒を隔てて外筒の内周に形成されたガス化剤通路から空気及び酸素を含むガス化剤を前記ガス化炉内に噴出するようにしたガス化炉用バーナ及びこれを用いたガス化剤供給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は微粉炭をガス化する石炭ガス化装置の全体構成を示し、図において１０５はガス化炉であり、０１は微粉炭及びチャーを溶融させて高温ガスを発生させるコンバスタ、０２は前記コンバスタ０１で発生した高温ガスにより後述するリダクタバーナ０５から噴出される微粉炭を加熱し熱分解させるガス化段を構成するリダクタである。
前記コンバスタ０１には、微粉炭供給装置０７からの微粉炭噴出用のコンバスタバーナ０３及びチャー供給装置０１３からのチャー噴出用のチャーバーナ０４が設けられている。また、前記微粉炭供給装置０７からの微粉炭噴出用のリダクタバーナ０５が設けられている。
【０００３】
０１１は前記リダクタ０２にて生成された熱分解ガスを搬送するための生成ガス管、０１２は該生成ガス管０１１を送られてきた前記熱分解ガスからチャーを分離するサイクロンであり、該サイクロンを０１２にて分離されたチャーはチャー供給装置０１３によりチャー供給管０１４及び前記チャーバーナ０４を介して前記コンバスタ０１に供給されるようになっている。
【０００４】
前記微粉炭供給装置０７からの微粉炭は石炭供給管０７１を通して後述する搬送ガス管０１４０、０１６に合流するようになっている。０６は空気分離装置で、空気から窒素と酸素とを分離するものである。該空気分離装置０６で分離された窒素は搬送ガス管０１６を通り途中で前記石炭供給管０７１から合流された微粉炭を前記コンバスタバーナ０３に搬送し、また搬送ガス管０１５を通り途中で前記石炭供給管０７１から合流された微粉炭を前記リダクタバーナ０５に搬送し、さらに搬送ガス管０１４０を通りチャーをチャー供給管０１４を介してチャーバーナ０４に搬送する。
さらに、該空気分離装置０６で分離された酸素は、酸素供給管０１８を経て前記コンバスタバーナ０３への空気供給管０１７に合流される。
【０００５】
かかる石炭ガス化装置において、前記コンバスタ０１においては、前記コンバスタバーナ０３から窒素ガスにより搬送された微粉炭、及びガス化剤として酸素が富化された空気が噴出されるとともに、前記のようにチャーバーナ０４から窒素ガスとともにチャーが供給され、ガス化剤としての前記酸素が富化された空気により高温、高負荷燃焼が行われる。
かかる燃焼によって発生する２０００℃程度の高温ガスは、上方にある前記リダクタ０２に送られる。一方、該コンバスタ０１における高温燃焼によって前記石炭中の灰分が溶融化され、溶融スラグとなってスラグホールから自然落下し、系外に排出される。
また、前記リダクタ０２においては、前記リダクタバーナ０５から窒素により搬送された微粉炭が噴出され、前記コンバスタ０１からの高温ガスによって熱分解され、ガス化が行われる。
かかるガス化作用により生成された生成ガスは、該リダクタ０２から送出され、生成ガス管０１１を通って前記サイクロン０１２に入り、前記のようにチャーの分離がなされた後、ガスタービン等の使用先に送られる。
【０００６】
図４は図３に示される石炭ガス化装置のコンバスタバーナ０３に用いられるバーナガン、並びにこれへの燃料及びガス化剤供給装置の従来技術の一例を示す。
図４において、０１００はバーナガンで、中心部に燃料噴出路０２６が形成され、これの外側に環状のガス化剤通路０２２が形成されている。０２５は前記燃料噴出路０２６への燃料供給口、０２３は前記ガス化剤通路０２２へのガス化剤供給口、０２７は燃料及びガス化剤の炉内１０１への噴出口、０２０は該ガス化剤通路０２２と該噴出口０２７とを連通する複数の連絡孔である。
【０００７】
かかる装置において、空気分離装置０６では窒素と酸素とが分離される。窒素は搬送ガス管０１６を通り途中で微粉炭供給装置０７から供給された微粉炭を前記バーナガンの燃料供給口に搬送する。また酸素は酸素供給管０２９を通って後述する空気供給管０３０に合流する。
一方、空気は空気加熱器０２１にて加熱され、空気供給管０３０に入り、途中で前記酸素供給管０２９からの酸素が混合され酸素が富化した３００℃程度の高温空気となって前記バーナガンのガス化剤供給口０２３に送り込まれる。
【０００８】
前記バーナガンの中心部に形成された燃料噴出路０２６からは８０℃程度の燃料（微粉炭あるいはチャー）が前記噴出口０２７を経て炉内１０１に噴出され、該燃料噴出路０２６の外側に形成されたガス化剤通路０２２からは３００℃程度の高温のガス化剤が前記連絡孔０２０及び噴出口０２７を経て炉内１０１に噴出され、ガス化が促進される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示されるような石炭ガス化装置においては、ガス火炉１０５内におけるガス化性能を高く保持するには、高酸素濃度で高温のガス化剤を供給することが要求される。
このため、図４に示される従来のバーナガン並びに燃料及びガス化剤供給装置にあっては、空気加熱器０２１にて加熱された空気に、空気供給管０３０の途中で濃度９０％程度の酸素を混合し、該空気供給管０３０を通ってバーナガンのガス化剤通路０２２に送り込まれる空気を、３００℃程度の高温で高濃度の酸素富化空気としている。
しかしながら、かかる従来技術にあっては、前記のような高温で高濃度の酸素富化空気をバーナガン０１００に供給するために比較的長さの長い空気供給管０３０内を酸化性の強い高温の空気が通流することとなり、配管の内壁に焼損や高温腐食が発生し、配管系の破損に繋がるという問題点を有している。
【００１０】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ガス化炉用バーナへの燃料及びガス化剤供給手段を改良することにより、ガス化剤供給用配管系およびガス化炉用バーナの破損を防止しつつ、高酸素濃度のガス化剤の使用を可能として、配管系およびガス化炉用バーナの耐久性を保持し高いガス化性能を備えたガス化炉用バーナ及びこれを用いたガス化剤供給方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するもので、請求項１記載の発明として、円筒状の内筒の内部に形成され搬送ガスにより搬送された微粉炭、チャー等の燃料を前記ガス化炉内に噴出する燃料噴出路と、円筒状の外筒の内周に前記燃料噴出路と前記内筒を隔てて環状に形成され空気及び酸素を含むガス化剤を前記ガス化炉内に噴出するガス化剤通路とを備え、前記内筒の入口端に燃料供給口を、出口端に噴出口を具えたガス化炉用バーナにおいて、
３００℃以上の高温空気を供給する空気供給口と、前記高温空気より低温の高濃度酸素を供給する酸素供給口とを、前記円筒状の外筒の前記ガス化剤通路の途中にガス化剤流れ方向に沿って接続させるとともに、前記酸素供給口が、前記空気供給口より上流側の、前記燃料噴出路の燃料供給口側に位置するように配置し、前記ガス化剤通路内において前記高温空気と低温酸素とが混合されるように構成したことを特徴とするガス化炉用バーナを提案する。
【００１２】
請求項２記載の発明は、前記ガス化炉用バーナの具体的構成に係り、請求項１において、
前記酸素供給口から前記ガス化剤通路に供給される高濃度酸素の温度を１００℃程度の低温でかつ濃度９０％以上の高濃度を保持し、一方前記空気供給口からガス化剤通路に供給される高温空気の温度を３００℃以上の高温に保持されるとともに、前記空気供給口の開口部近傍において該空気供給口からの高温の空気と高濃度酸素とが合流し、該合流により酸素濃度が３０容積％以上でかつ温度が３００℃近傍のガス化剤を生成することを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１ないし２の発明に係るガス化炉用バーナを使用する方法の発明に係り、前記ガス化剤通路の途中で該ガス化剤通路内に３００℃以上の高温の空気を供給し、該空気の供給位置より上流側の燃料供給口側で該空気よりも低温でかつ濃度９０％以上の高濃度酸素を前記ガス化剤通路内に供給し、該ガス化剤通路内において前記空気と酸素とを混合させて酸素濃度が３０容積％以上でかつ温度が３００℃近傍のガス化剤を生成することを特徴とする。
【００１４】
かかる発明によれば、ガス化剤通路の上流側に酸素供給口を配置するとともに該酸素供給口から設定された距離をおいた下流側に空気供給口を設けたこと、即ち請求項２のように、燃料供給口から酸素供給口までの距離酸素供給口と空気供給口との距離を、低温高濃度酸素と高温空気とが混合してなるガス化剤中の酸素濃度が３０容積％以上でかつ合流後におけるガス化剤の温度が３００℃近傍になるような距離に設定したことにより、ガス化炉用バーナに形成されたガス化剤通路内において高濃度の酸素と高温の空気とが十分に混合されて、所望のガス化作用をなすに必要な高温、高酸素濃度のガス化剤を生成することができる。
【００１５】
そして、前記のように、ガス化炉用バーナに形成されたガス化剤通路内において高濃度の酸素と高温の空気とを混合させるので、前記空気供給用配管を通して前記空気供給口に導入される空気は、従来のもののように高温で高濃度の酸素富化空気を用いることを要さず、通常の３００℃以上の加熱空気であればよい。
従って、かかる発明によれば、前記空気供給用配管の内壁に、酸化性の強い高温の空気が通流することによる、配管の焼損や高温腐食の発生が防止される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１７】
図１は本発明の実施例に係るガス化炉用バーナの全体断面図、図２はガス化炉用バーナが用いられる石炭ガス化装置全体構成図、図３は作用説明用線図である。
【００１８】
図２に示す石炭ガス化装置おいて、１０５はガス化炉であり、本発明に係るガス化炉用バーナは、コンバスタ０１に微粉炭及びチャーをガス化剤とともに噴出し、これを溶融させて高温ガスを発生させるコンバスタバーナ０３あるいはチャーバーナ０４として用いられる。あるいは必要に応じてリダクタバーナ０５として用いても良い。
【００１９】
本発明に係るガス化炉用バーナを示す図１において、１００はバーナガンで、次のように構成されている。
１は円筒状の外筒、２は該外筒１の内側に挿設された円筒状の内筒であり、両者の間に後述するガス化剤通路４が形成された２重管構造となっている。該内筒２の内部には、搬送ガスにより搬送された微粉炭、チャー等の燃料が通流（噴出）する燃料噴出路３が形成され、前記外筒１の内周と前記内筒２の外周との間には環状のガス化剤通路４が形成されている。７は前記燃料噴出路３への燃料供給口である。
１１は炉内１０１への燃料１５及び前記ガス化剤１６の噴出口で、前記燃料噴出路３及びガス化剤通路４の出口端に連通されている。８は前記燃料噴出路３の出口側外周に設けられた円筒状のフィルタで、前記ガス化剤通路４を通流したガス化剤１６の一部を濾過して前記噴出口１１に送り出すものである。
１０は前記ガス化剤通路４の出口端に炉内１０１に面して設けられた保炎器、９は前記外筒１の出口寄り（炉内１０１寄り）に巻装された冷却管である。
【００２０】
前記外筒１には、前記ガス化剤通路４に夫々連通される酸素供給口５及び空気供給口６が固着されている。前記酸素供給口５は、バーナガン１００の長手方向において、前記空気供給口６と前記燃料噴出路３への燃料供給口７との間の部位に配置される。
そして、前記酸素供給口５と前記空気供給口６とは、これらの設置位置、つまり前記燃料供給口７の端面Ａから酸素供給口５中心Ｂまでの距離Ｓ１、及び酸素供給口５中心Ｂと空気供給口６中心Ｃとの距離Ｓ２は、該酸素供給口５から供給された低温の酸素が前記ガス化剤通路４を前記バーナガン１００の長手方向に流動して、前記空気供給口６のガス化剤通路４への開口部近傍において該空気供給口６からの高温の空気と合流し、該合流後における前記低温の酸素及び高温の空気が混合してなるガス化剤中の酸素濃度が３０容積％以上でかつ合流後におけるガス化剤の温度が３００℃近傍になる。
【００２１】
そして、前記酸素供給口５は、図２に示される空気分離装置０６の酸素出口に接続され、該酸素供給口５を通って前記ガス化剤通路４に供給される酸素が、その温度を１００℃程度の低温に、かつその濃度を９０容積％以上の高濃度に保持されるようになっている。
また、前記空気供給口６は、図２に示される空気加熱器０２１の空気出口に接続されており、該空気加熱器０２１にて３００℃程度の高温に加熱された空気が該空気供給口６を通って前記ガス化剤通路４に供給されるようになっている。
【００２２】
かかる構成からなるバーナガン１００を備えた石炭ガス化装置において、図２に示されるように、空気分離装置０６においては、空気から窒素と酸素とが分離される。該空気分離装置０６で分離された窒素は搬送ガス管０１６を通り途中で前記石炭供給管０７１から合流された微粉炭をコンバスタバーナ０３に搬送し、また搬送ガス管０１５を通り途中で前記石炭供給管０７１から合流された微粉炭を前記リダクタバーナ０５に搬送し、さらに搬送ガス管０１４０を通り、チャーをチャー供給管０１４を介してチャーバーナ０４に搬送する。
【００２３】
また前記空気分離装置０６にて分離された１００℃程度の低温の酸素は、その濃度を９０容積％以上に保持され、図２に破線で示される酸素供給管００１８を通ってバーナガン１００の酸素供給口５に送られる。一方、空気は空気加熱器０２１にて３００℃以上の高温に加熱され、空気供給管０１７を通ってバーナガン１００の空気供給口６に送られる。
【００２４】
前記バーナガン１００においては、その中心部に形成された燃料噴出路０２６から８０℃程度の燃料（微粉炭あるいはチャー）が前記噴出孔１１を経て炉内１０１に噴出される。
また、前記酸素供給口５から前記ガス化剤通路４に導入された酸素は、前記のように、その温度が１００℃程度の低温で、かつ濃度９０％以上の高濃度を保持されて該ガス化剤通路４内を噴出口１１方向に通流する。一方前記酸素供給口５よりも下流側に設けられた前記空気供給口６から前記ガス化剤通路４に導入された空気は、前記のように、３００℃以上の高温に保持されている。
【００２５】
そして、前記高濃度の酸素と高温の空気とは、前記空気供給口６のガス化剤通路４への開口部近傍において合流し、前記のように、燃料供給口７の端面Ａから酸素供給口５中心Ｂまでの距離Ｓ１、及び酸素供給口５中心Ｂと空気供給口６中心Ｃとの距離Ｓ２を、前記該合流後における前記低温の酸素及び高温の空気が混合してなるガス化剤中の酸素濃度が３０容積％以上でかつ合流後におけるガス化剤の温度が３００℃近傍になるような長さに設定しているので、前記高濃度酸素と高温空気との混合体は、酸素濃度３０容積％程度でかつ３００℃程度の高温のガス化剤１６となって、図１の実線矢印のように、噴出口１１から直接炉内１０１に噴出され、その一部は前記フィルタ８を通過して異物を濾過された後、噴出口１１から炉内１０１に噴出される。かかるガス化剤１６の供給により、前記燃料のガス化が促進される。
【００２６】
図３は、前記ガス化剤通路４のガス流れ方向におけるガス化剤１６の温度及び酸素濃度の変化状況を示す。図に示されるように、前記空気供給口６の開口部位置Ｃにて低温高濃度の酸素Ｏ２と高温の空気（酸素量２０％程度）とが混合することにより、酸素量Ｏ２＝３０容積％程度、温度Ｔ＝３００℃程度のガス化剤１６がバーナガン１００内で生成される。
【００２７】
かかる実施例によれば、バーナガン１００におけるガス化剤通路４の上流側に酸素供給口５を配置するとともに、該酸素供給口５から設定された距離Ｓ２をおいた下流側に空気供給口６を設けたことにより、バーナガン１００に形成されたガス化剤通路４内において高濃度の酸素と高温の空気とが十分に混合して、所望のガス化作用をなすに必要な高温、高酸素濃度のガス化剤１６を生成することができる。
【００２８】
そして、前記のように、バーナガン１００に形成されたガス化剤通路４内において高濃度の酸素と高温の空気とを混合させるので、前記空気供給管０１７を通して前記空気供給口６に導入される空気は、従来のもののように高温で高濃度の酸素富化空気を用いることを要さず、通常の３００℃以上の加熱空気であればよい。
従って、かかる実施例によれば、前記空気供給管０１７を含む配管の内壁に、酸化性の強い高温の空気が通流することによる焼損や高温腐食の発生が防止される。
【００２９】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、かかる発明によれば、ガス化剤通路の上流側に酸素供給口を配置するとともに該酸素供給口から設定された距離をおいた下流側に空気供給口を設けたことにより、ガス化炉用バーナに形成されたガス化剤通路内において高濃度の酸素と高温の空気とが十分に混合されて、所望のガス化作用をなすに必要な高温、高酸素濃度のガス化剤を生成することができる。
【００３０】
そして、前記のように、ガス化炉用バーナに形成されたガス化剤通路内において高濃度の酸素と高温の空気とを混合させるので、前記空気供給用配管を通して前記空気供給口に導入される空気は、従来のもののように高温で高濃度の酸素富化空気を用いることを要さず、通常の３００℃以上の加熱空気であればよい。従って本発明によれば、空気供給用配管の内壁に、酸化性の強い高温の空気が通流することによる、配管の焼損や高温腐食の発生が防止される。
【００３１】
要するに本発明によれば、ガス化剤供給用配管系およびガス化炉用バーナの破損を防止しつつ、高酸素濃度のガス化剤の使用を可能として、配管系およびガス化炉用バーナの耐久性を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例に係るガス化炉用バーナの全体断面図である。
【図２】  ガス化炉用バーナが用いられる石炭ガス化装置全体構成図である。
【図３】  作用説明用線図である。
【図４】  従来技術を示す図１対応図である。
【符号の説明】
１      外筒
２      内筒
３      燃料噴出路
４      ガス化剤通路
５      酸素供給口
６      空気供給口
７      燃料供給口
８      フィルタ
９      冷却管
１０    保炎器
１１    噴出口
１５    燃料
１６    ガス化剤
１００、０１００  バーナガン
１０１  炉内
０１    コンバスタ
０２    リダクタ
０３    コンバスタバーナ
０４    チャーバーナ
０５    リダクタバーナ
０６    空気分離装置
０７    微粉炭供給装置
０１１  生成ガス管
０１２  サイクロン
０１３  チャー供給装置
０１４  チャー供給管
０１４０、０１５、０１６  搬送ガス管
０２１  空気加熱器
０７１  石炭供給管
【図１】
0003702167.tif 000002
【図２】
0003702167.tif 000003
【図３】
0003702167.tif 000004
【図４】
0003702167.tif 000005