(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器と、同圧力容器の内部に空間をおいて配置された炉壁とを有し、前記圧力容器および炉壁を貫通して圧力容器外部から炉壁内部にわたってバーナ管が配置されている形式のガス化装置において、前記バーナ管が前記圧力容器を貫通する部分の圧力容器外部側にバーナ取付管を設け、前記バーナ管とバーナ取付管の長さを、それらに作用する応力値がその使用材料により制限した値以下となるように定め、前記圧力容器と炉壁との上下方向熱伸び差を前記バーナ管およびバーナ取付管の撓みにより吸収する構造としたことを特徴とするガス化装置。
【請求項２】
前記炉壁にシールボックスを設けるとともに、同シールボックスと前記バーナ管とをスライド可能にシールするシール部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。
【請求項３】
前記シールボックスと前記バーナ取付管との間にエキスパンションを設けたことを特徴とする請求項２に記載のガス化装置。
【請求項４】
前記バーナ管を囲む薄肉管を設け、同薄肉管は前記シールボックスとバーナ取付管のフランジとの間に配設されるとともに、同薄肉管にエキスパンションが介装されていることを特徴とする請求項２に記載のガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力容器を貫通するバーナを備えた石炭、油等のガス化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に従来のガス化炉におけるバーナ構造例を示す。ガス化炉は炉内圧力が高いため、炉を圧力容器内に入れている。図３において、１は圧力容器、２は炉を構成する炉壁管、３は炉内、４は圧力容器１と炉との間の圧力容器空間を示す。燃料及び酸化剤は圧力容器１及び炉壁管２を貫通するバーナ管１０により圧力容器１の外側から炉内３に供給される。
【０００３】
バーナ管１０は燃料供給管８と酸化剤供給管９により構成されている。バーナ管１０は圧力容器１側のバーナ取付管１５に取り付けられ、バーナ管１０が炉壁を貫通する部分には、炉壁管２側にシールボックス５を有し、シールボックス５には、炉内３の熱によるシールボックス５の焼損を防止するため、耐火材６を施工してある。
【０００４】
また、シールボックス５とバーナ管１０との間にはスライド出来るバーナ管シール部７を設けており、バーナ管１０の回りをシールしている窒素ガス等のシールガスの使用量を極力少なくするようになっている。
【０００５】
前述の通り、ガス化炉を圧力容器１内に入れているため、圧力容器１の外部から炉内に物質を供給するバーナにおいては、バーナ管１０が圧力容器１を貫通し、炉壁も貫通、又は、炉壁管２に固定する構造となるため、バーナ管１０は圧力容器１と炉壁管２との間に生ずる熱による上下方向及び水平方向の伸び差を吸収する必要がある。
【０００６】
ここで、燃料が石炭等の個体、例えば、微粉炭等で気体により気流搬送される場合、粉体により搬送管が摩耗するため燃料供給管８は一般に直管により構成される。また、酸化剤は酸素を多量に含んでいるため、燃料である生成ガスを充満させた圧力容器空間４へ洩らすことは重大事故の危険性が有り、酸化剤供給管９には信頼性が要求される。
【０００７】
また、圧力容器空間４内の生成ガスは一般に腐食性ガスであり、前記信頼性の観点から酸化剤供給管９にはエキスパンションやフレキシブルホース等の薄肉管は使用し難く、従って、直管を使用し、更にその外側を窒素ガス等の不活性ガスによりシールする。
【０００８】
このように、直管を使用するため、前述の圧力容器１と炉壁管２との間に生ずる熱による上下方向及び水平方向の伸び差を吸収するのに工夫を要する。この事は、燃料が個体の場合に限らず、液体燃料の場合にも、同様の事が言える。
【０００９】
図３の従来のバーナ構造例では、バーナ管１０とシールボックス５とはバーナ管シール部７により圧力容器１と炉壁管２との間の水平方向の伸び差を吸収し、圧力容器１と炉壁管２との間の上下方向の伸び差は外部高圧エキスパンション１６により吸収する。この外部高圧エキスパンション１６は内圧により伸び切らないように、かつ撓みを吸収するように、ユニバーサル形となっている。
【００１０】
また、バーナ管１０の回りを窒素ガス等によりシールするための囲いも伸び差吸収のためエキスパンション構造としている。これが内部エキスパンション１２である。この内部エキスパンション１２は圧力容器１と炉壁管２との間に生ずる熱による上下方向及び水平方向の伸び差を吸収する必要があるため、短管付きの比較的大きなエキスパンションとなっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前項に説明したように、圧力容器を貫通するバーナ管を備えた従来のガス化装置では高価で大きな外部高圧エキスパンション１６及び内部エキスパンション１２を必要とする。外部高圧エキスパンション１６はリークした場合、圧力容器１と外部高圧エキスパンション１６との間にリークガスを止めるものが無く、圧力容器１内及び炉内３のＣＯガスを含む危険なガスが大量に洩れる。
【００１２】
更に、圧力容器を貫通するバーナ管を備えた従来のガス化装置は、内部エキスパンション１２に加え、外部高圧エキスパンション１６を設ける必要があり複雑な構造である。
【００１３】
本発明は、圧力容器と、その内部に空間をおいて配置された炉壁とを貫通して圧力容器外部から炉壁内部にわたって配置されたバーナ管を有するガス化装置において、バーナ管取付部における圧力容器と炉壁との間の上下及び水平方向の熱伸び差を吸収可能で、製作が容易で信頼性の高いガス化装置を提供することを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、バーナ管が圧力容器を貫通する部分の圧力容器外部側にバーナ取付管を設け、バーナ管とバーナ取付管の長さを、それらに作用する応力値がその使用材料により制限した値以下となるように定め、圧力容器と炉壁との間の上下方向熱伸び差をバーナ管およびバーナ取付管の撓みにより吸収する構造としたガス化装置を提供する。
【００１５】
本発明のガス化装置においては、圧力容器と炉壁との間の上下方向の熱伸び差をバーナ管及びバーナ取付管の撓みにより吸収できるので、従来のように外部高圧エキスパンションを用いる必要がない。
【００１６】
本発明によるガス化炉では、バーナ管を構成する各管の断面二次モーメントや断面係数を小さく選定することによりバーナ管やバーナ取付管の長さを短いものとすることができる。
【００１７】
前記した本発明によるガス化炉では、炉壁にシールボックスを設けるとともに、そのシールボックスとバーナ管とをスライド可能にシールするシール部を設けた構成を採用するのが好ましい。このシール部を付加することによって、ガス化炉内の熱ガスが圧力容器空間側に洩れ出るのを防止できる。
【００１８】
この場合、シールボックスとバーナ取付管との間にエキスパンションを設けることによって、バーナシール部に洩れが生じても炉内の熱ガスが炉内容器空間に洩れ出るのを更に確実に防止できるものとなる。
【００１９】
また、本発明は前記課題を解決するため、バーナ管が圧力容器を貫通する部分の圧力容器外部側にバーナ取付管を設けて、バーナ管とバーナ取付管の長さを、それらに作用する応力値がその使用材料により制限した値以下となるように定め、圧力容器と炉壁との間の上下方向の熱伸び差をバーナ管とバーナ取付管の撓みにより吸収する構造とすると共に炉壁にシールボックスを設け、このシールボックスとバーナ管とでスライド可能なシール部を構成させ、かつ、バーナ管を囲みエキスパンションが介装され、シールボックスとバーナ取付管のフランジとの間に配設された薄肉管を設けた構成のガス化装置を採用する。
【００２０】
このように構成したガス化炉によれば、圧力容器と炉壁との間の上下方向の熱伸び差がバーナ管とバーナ取付管の撓みにより吸収されると共に、炉内の熱ガスが圧力容器空間側に洩れ出るのを前記シール部が防止し、かつ、前記薄肉管は前記シール部が洩れても炉内の熱ガスが圧力容器空間へ流出するのを確実に防止できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるガス化装置について図１，図２に示した実施の形態に基づいて具体的に説明する。なお、以下の実施の形態において、図３に示した従来の装置と同じ構成の部分には説明を簡単にするため同じ符号を付してある。
【００２２】
（実施の第１形態）
まず、図１に示した実施の第１形態によるガス化装置について説明する。図１において、バーナ管１０は燃料供給管８と酸化剤供給管９によって構成されている。図で、バーナ管１０は１本の燃料供給管８と１本の酸化剤供給管９のみで構成されているように示してあるが、これらは数本の管で構成されるものを含むと理解すべきである。
【００２３】
バーナ管１０は圧力容器１側のバーナ取付管１５に取り付けられ、バーナ管１０が炉壁を貫通する部には炉壁管２側にシールボックス５を有しシールボックス５には、炉内３の熱によるシールボックス５の焼損を防止するため、耐火材６を施工してなる。シールボックス５とバーナ管１０とはスライド出来るバーナ管シール部７を設けている。
【００２４】
バーナ管１０の回りを窒素ガス等によりシールするための囲いも伸び差吸収のためエキスパンション構造としている。これが内部エキスパンション１２である。この内部エキスパンション１２はバーナ取付管１５のフランジ１７部とバーナ管シール部７との間に設けられ、圧力容器１と炉壁管２との熱による上下方向及び水平方向の伸び差を吸収するよう、短管付きの比較的大きなエキスパンションとなっている。
【００２５】
ここで、バーナ取付管１５とバーナ管１０は圧力容器１と炉壁管２との熱による上下方向の伸び差を撓みにより吸収するような或る必要な長さを有する。この或る必要な長さはバーナ管１０及びバーナ取付管１５に作用する応力値をその使用材料により制限した或る値以下にするように計算により定めることが出来る。
【００２６】
実施の第１形態によるガス化炉は、以上説明したバーナ構造を有しており、石炭、或いは、油等の燃料をガス化する等、炉の中で燃料を燃焼、或いは、酸化発熱反応を行わせ運転を始めると炉壁管２の温度と圧力容器１の温度とに差が生じ、各々の支持点との関係で炉壁管２と圧力容器１との間に熱伸び差が生じるが、バーナ管１０は圧力容器１及び炉壁の両方を貫通しているため、バーナ管１０は圧力容器１と炉壁管２との熱による上下方向及び水平方向の伸び差を吸収する必要がある。
【００２７】
従来の技術では、この炉壁管２と圧力容器１との間の熱伸び差によるバーナ管１０に発生する応力を緩和させるために図３に示す外部高圧エキスパンション１６を用いていた。
【００２８】
これに対し、本実施形態のガス化装置によると、バーナ取付管１５とバーナ管１０の長さを適切に選定することにより、炉壁管２と圧力容器１との間に上下熱伸び差が発生した時、バーナ取付管１５とバーナ管１０は撓み、バーナ管１０及びバーナ取付管１５に作用する応力値をその使用材料により制限したある値以下にすることが出来る。
【００２９】
ここで、バーナ管１０及びバーナ取付管１５の長さを極力短くするためには、バーナ管１０を構成する各管の断面二次モーメント及び断面係数を極力小さく選定すべきである。
【００３０】
また、炉内３の熱ガスが圧力容器空間４側に洩れ出ないようにシールボックス５とバーナ管１０との間にバーナ管シール部７を設けており、バーナ管１０とシールボックス５とはバーナ管シール部７により圧力容器１と炉壁管２との間の水平方向の伸び差を吸収する。
【００３１】
更にバーナ管シール部７のシールの確保及びバーナ管１０の保護のためバーナ管シール部７の周り及びバーナ管１０を囲った内部エキスパンション１２を有する。この囲いも伸び差吸収のためエキスパンション構造としている。
【００３２】
内部エキスパンション１２の内側はシールガス入口管１３から供給する窒素ガス等のシールガス雰囲気にし、バーナ管シール部７が洩れても炉内３の熱ガスが逆流せず、シールガスが炉内３側に洩れるようにしている。ここでバーナ管シール部７は窒素ガス等のシールガスの使用量を極力少なくするよう作用している。
【００３３】
以上のとおり、本実施形態のガス化装置によると、構造が簡単であり、信頼性が増すのみならず、製作及び設備後の補修費も安く経済的である。
【００３４】
（実施の第２形態）
次に、図２に示した実施の第２形態によるガス化装置について説明する。図２において、バーナ管１０の回りを窒素ガス等によりシールするための囲いとして、薄肉シールガス管１１を設けている。薄肉シールガス管１１にはエキスパンション１４を取り付けている。
【００３５】
このエキスパンション１４は薄肉シールガス管１１を取り付けているバーナ取付管１５のフランジ１８から、炉壁管２までの間の圧力容器１と炉壁管２との熱による水平方向の伸び差を吸収するためのものであり、取付け場所は前記バーナ取付管１５のフランジから薄肉シールガス管１１を含め炉壁管２までの間の何処でもかまわない。
【００３６】
ここで、バーナ取付管１５とバーナ管１０は圧力容器１と炉壁管２との熱による上下方向の伸び差を撓みにより吸収するような或る必要な長さを有する。この或る必要な長さはバーナ管１０及びバーナ取付管１５に作用する応力値をその使用材料により制限した或る値以下にするように計算により定めることが出来る。
【００３７】
以上説明した構造のバーナを備えた実施の第２形態によるガス化装置において、石炭、或いは、油等の燃料をガス化する等、炉の中で燃料を燃焼、或いは、酸化発熱反応を行わせ運転を始めると炉壁管２の温度と圧力容器１の温度とに差が生じ、各々の支持点との関係で炉壁管２と圧力容器１との間に熱伸び差が生じるが、バーナ管１０は圧力容器１及び炉壁の両方を貫通しているため、バーナ管１０は圧力容器１と炉壁管２との熱による上下方向及び水平方向の伸び差を吸収する必要がある。
【００３８】
本実施の第２形態によるガス化炉の構成によると、バーナ取付管１５とバーナ管１０の長さを適切に選定することにより、炉壁管２と圧力容器１との間に上下熱伸び差が発生した時、バーナ取付管１５とバーナ管１０は撓み、バーナ管１０及びバーナ取付管１５に作用する応力値をその使用材料により制限した或る値以下にすることが出来る。なお、バーナ管１０及びバーナ取付管１５の長さを極力短くするためには、バーナ管１０を構成する各管の断面二次モーメント及び断面係数を極力小さく選定すべきである。
【００３９】
この実施の第２形態によるガス化炉においても、シールボックス５とバーナ管１０との間にバーナ管シール部７を設けており、バーナ管１０とシールボックス５とはバーナ管シール部７により圧力容器１と炉壁管２との間の水平方向の伸び差を吸収する。
【００４０】
更に、バーナ管シール部７のシールの確保及びバーナ管１０の保護のために設けた薄肉シールガス管１１はバーナ管１０が圧力容器１と炉壁管２との熱による上下方向の伸び差により撓んだ時、バーナ管１０に沿って一緒に撓むことにより、圧力容器１と炉壁管２との熱による上下方向の伸び差を吸収し、エキスパンション１４により水平方向の伸び差を吸収する。即ちこの薄肉シールガス管１１もバーナ管１０と同様に撓むことにより上下方向の伸び差を吸収する。
【００４１】
この撓むことにより伸び差を吸収する効果をより得るためには、例えば、薄肉シールガス管１１は１〜３mmと薄肉にし、薄肉管の径も、例えば、バーナ管１０の外径との間隙が１〜２mmのように極めて近づけた、或いは、バーナ管１０との間隙を僅かにシールガスが流れる程度の径にした構成とすべきである。
【００４２】
当該薄肉シールガス管１１の内側はシールガス入口管１３から供給する窒素ガス等のシールガス雰囲気にし、バーナ管シール部７が洩れても、炉内３の熱ガスが逆流せず、シールガスが炉内３側に洩れるようにしている。ここでバーナ管シール部７は窒素ガス等のシールガスの使用量を極力少なくするよう作用している。この実施の第２形態によると、実施の第１形態によるものよりも、更に、構造が簡単であり、信頼性が増すのみならず、製作及び設備後の補修費も安く経済的である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるガス化装置では、バーナ管が圧力容器を貫通する部分の圧力容器外部側にバーナ取付管を設け、圧力容器と炉壁との上下方向熱伸び差をバーナ管とバーナ取付管の撓みにより吸収する構成としているので従来のもののように外部高圧エキスパンションを採用する必要がなく構造が簡単となる。
【００４４】
また、このように構成したバーナ管を有する、本発明のガス化装置において、炉壁に設けたシールボックスとバーナ管をスライド可能にシールするシール部を設けたり、或いは、それに加えシールボックスとバーナ取付管との間にエキスパンションを設けた構成としたものでは、ガス化炉内の熱ガスが圧力容器側に洩れ出るのを確実に防止できる。
【００４５】
更にまた、本発明によるガス化炉において、バーナ管を囲み、シールボックスとバーナ取付管のフランジとの間に設けられて、かつエキスパンションが介装された薄肉管を設けた構成としたものでは、圧力容器と炉壁との間の熱伸び差がバーナ管とバーナ取付管の撓みにより吸収されると共に、その薄肉管が圧力容器空間への熱ガスの洩れ出しを確実に防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態によるガス化炉におけるバーナ管の取付け部分を示す断面図。
【図２】本発明の実施の第２形態によるガス化炉におけるバーナ管の取付け部分を示す断面図。
【図３】従来のガス化炉におけるバーナ管で、（ａ）は全体構成を示し、（ｂ）は外部高圧エキスパンション部分を水平断面で示す図面。
【符号の説明】
１            圧力容器
２            炉壁管
３            炉内
４            圧力容器空間
５            シールボックス
６            耐火材
７            バーナ管シール部
８            燃料供給管
９            酸化剤供給管
１０          バーナ管
１１          薄肉シールガス管
１２          内部エキスパンション
１３          シールガス入口管
１４          エキスパンション
１５          バーナ取付管
１７，１８    バーナ取付管のフランジ
【図１】
0003652836.tif 000002
【図２】
0003652836.tif 000003
【図３】
0003652836.tif 000004