(57)【要約】      （修正有）【課題】酸素吹きガス化炉の起動点火時に炉内に供給される酸素が高濃度となるために生じる、炉内酸素充満に伴う炉内異常燃焼および燃焼ガス高温化に伴う圧力変動による機器損傷を防止又は抑制することのできる、安全な酸素吹きガス化炉およびその運用方法を提供する。【解決手段】この酸素吹き炭素質燃料ガス化炉は、酸素吹きの炭素質燃料ガス化炉の起動時に酸素と共に不活性ガスが各燃料バーナ１１に供給される。従来の酸素吹きガス化炉は、炉内異常燃焼や圧力変動が危惧されるのに対し、本実施形態では、炭素質燃料ガス化炉の起動時に各燃料バーナ１１に酸素だけではなく不活性ガスも供給されるので、炉内に供給する酸素濃度上昇および炉内温度の高温化を防止又は低減することができる。また、起動後は不活性ガスの供給を低減又は停止することで、生成ガス中の不要な不活性ガスを低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料とガス化剤とが供給されて前記燃料をガス化炉内で燃焼させる燃料バーナと、前記燃料を前記燃料バーナに供給する燃料供給手段と、酸素を前記ガス化剤として前記バーナに供給するガス化剤供給手段とを有する酸素吹き炭素質燃料ガス化炉であって、
前記ガス化剤供給手段は不活性ガス供給手段を備え、
前記ガス化剤供給手段は、このガス化炉の起動時に前記酸素と共に前記不活性ガス供給手段にて不活性ガスを前記バーナに供給するものである、ことを特徴とする酸素吹き炭素質燃料ガス化炉。
【請求項２】
前記燃料供給手段は、このガス化炉の起動時に、起動用燃料を前記燃料として供給し、その後炭素質燃料を前記燃料として供給し始めると共に供給する燃料を前記起動用燃料から前記炭素質燃料に切替えるものであり、
前記ガス化剤供給手段は、前記燃料供給手段による前記切替が完了した後に前記バーナへの前記不活性ガス供給手段による前記不活性ガスの供給を停止するものである、ことを特徴とする請求項１に記載の酸素吹き炭素質燃料ガス化炉。
【請求項３】
燃料とガス化剤とが供給されて前記燃料をガス化炉内で燃焼させる燃料バーナと、前記燃料を前記燃料バーナに供給する燃料供給手段と、酸素を前記ガス化剤として前記バーナに供給するガス化剤供給手段とを有する酸素吹き炭素質燃料ガス化炉の運用方法であって、
前記ガス化剤供給手段が、このガス化炉の起動時に前記酸素と共に前記不活性ガス供給手段にて不活性ガスを前記バーナに供給する、ことを特徴とする酸素吹き炭素質燃料ガス化炉の運用方法。
【請求項４】
前記燃料供給手段が、このガス化炉の起動時に、起動用燃料を前記燃料として供給し、その後炭素質燃料を前記燃料として供給し始めると共に供給する燃料を前記起動用燃料から前記炭素質燃料に切替え、
前記ガス化剤供給手段が、前記燃料供給手段による前記切替が完了した後に前記バーナへの前記不活性ガス供給手段による前記不活性ガスの供給を停止する、ことを特徴とする請求項３に記載の酸素吹き炭素質燃料ガス化炉の運用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素吹き炭素質燃料ガス化炉およびその運用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸素吹き炭素質燃料ガス化装置は例えば石炭ガス化複合発電（IGCC: Integrated coal Gasification Combined Cycle）に利用されている。石炭ガス化複合発電施設では、ガス化装置で微粉炭（石炭）等の炭素質燃料をガス化して得た可燃性ガスによるガスタービンの駆動力と、ガスタービンの排熱等を回収して得られる蒸気タービンの駆動力によって発電する。ここでいう炭素質燃料は、微粉炭（石炭）の他、農業生産物又は副産物、木材、植物等の生物体等のバイオマス燃料も含まれる。
【０００３】
酸素吹き炭素質燃料ガス化設備としては、例えば、図４に示すように、微粉炭、チャー（微粉炭中の未燃炭素分と灰分を含む粉状体）、ガス化剤等を反応させ可燃性のガスを生成するガス化部１１０と、ガス化部１１０と連通した熱交換部１２０とを有するものが知られている。熱交換部１２０には、ガス化部１１０で生成された生成ガスとの熱交換を行う複数の伝熱管バンク１２１が設けられ、ガス化部にて生成された可燃性のガスが前記ガスタービンの駆動等に利用されるようになっている。
【０００４】
また、ガス化部１１０には炭素質燃料と酸素とが供給される燃料バーナ１１１が複数本設けられ、前記燃料バーナにおいて微粉炭およびチャーが高温で燃焼され、その高温燃焼ガスが還元雰囲気にてガス化されて前記生成ガスとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−６２３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、ガス化部１１０を起動する際には、燃料バーナ１１１に天然ガスや灯油等の起動用燃料を供給して点火する。この起動点火において、起動用燃料と共にガス化剤として酸素を炉内に流入するが、起動点火失敗時に炉内に酸素が充満することで炉内付着炭素等の可燃物の異常燃焼を誘発する可能性があった。
【０００７】
また、起動点火の燃焼反応上、起動用燃料と供給酸素は同時にガス化部１１０に流入させることが好ましいが、供給配管の詰りやバルブ開閉速度の差などの原因から、流入するタイミングを一致させることは困難である。そのため、供給酸素が高濃度である場合、起動用燃料よりも酸素が先にガス化部１１０に流入した時に、炉内付着炭素等の可燃物の異常燃焼を誘発する可能性があった。
【０００８】
加えて、供給酸素が高濃度である場合、燃焼ガス温度が高温となり、起動点火時前後でのガス化部１１０内の温度変化が大きくなることで、炉内において大きな圧力変動が生じて、炉内機器の損傷を招来する可能性があるため、前記圧力変動を低減する対策を施す必要があった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ガス化炉の起動時に起動用燃料の確実な点火を可能とした上で、起動時の炉内の酸素濃度を抑制することのできる安全な酸素吹き炭素質燃料ガス化炉およびその運用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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様にかかる酸素吹き炭素質燃料ガス化装置は、炭素質燃料とガス化剤とが供給されて前記炭素質燃料をガス化炉内で燃焼させる燃料バーナと、前記炭素質燃料を前記燃料バーナに供給する炭素質燃料供給手段と、酸素を前記ガス化剤として前記燃料バーナに供給するガス化剤供給手段と、を有する酸素吹き炭素質燃料ガス化炉であって、前記ガス化剤供給手段は、このガス化炉の起動時に前記酸素と共に不活性ガスを前記燃料バーナに供給するものである。
【００１１】
この態様において、前記燃料供給手段は、ガス化炉の起動時に起動用燃料を前記燃料バーナに起動点火用に供給するものであり、前記ガス化剤供給手段は、前記燃料供給手段による前記起動用燃料の供給の際から前記不活性ガスを前記酸素と共に前記燃料バーナに供給するものであることが好ましい。
このように、不活性ガスを供給することにより起動点火時の酸素濃度および起動用燃料の燃焼ガス温度が無用に高くなることを防ぐことができる。これによって、供給酸素濃度を低下させることで、起動点火失敗した場合又は起動点火時の起動用燃料と酸素の炉内への流入タイミングのズレが生じた場合の炉内への酸素充満による異常燃焼発生リスクを防止又は低減することができる。また、起動用燃料の燃焼ガスが高温となることを防ぐことで、起動点火時の圧力変動を抑えることができ、炉内機器の損傷を防止又は低減することができる。
【００１２】
また、上記態様において、前記燃料供給手段は、このガス化炉の起動時に、起動用燃料を前記燃料として供給し、その後炭素質燃料を前記燃料として供給し始めると共に供給する燃料を前記起動用燃料から前記炭素質燃料に切替えるものであり、前記ガス化剤供給手段は、前記燃料供給手段による前記切替が完了した後に、前記燃料バーナへの前記不活性ガスの供給を低減又は停止するものである。
【００１３】
また、本発明の第２の態様にかかる酸素吹き炭素質燃料ガス化装置の運用方法は、炭素質燃料とガス化剤とが供給されて前記炭素質燃料をガス化炉内で燃焼させる燃料バーナと、前記炭素質燃料を前記燃料バーナに供給する燃料供給手段と、酸素を前記ガス化剤として前記燃料バーナに供給するガス化剤供給手段と、を有する酸素吹き炭素質燃料ガス化炉の運用方法であって、このガス化炉の起動時に、前記ガス化剤供給手段によって前記酸素と共に不活性ガスを前記バーナに供給する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ガス化炉の起動時にガス化炉内に酸素だけでなく不活性ガスも供給され、燃焼ガスの温度を不活性ガスの供給により低減することができるので、ガス化炉の起動時に燃料の確実な点火および安全性を確保しつつ、起動点火時の供給酸素濃度および炉内ガス温度の無用な上昇を抑制することができる。これによって、供給酸素濃度を低下させることで、起動点火失敗した場合又は起動点火時の起動用燃料と酸素の炉内への流入タイミングのズレが生じた場合の炉内への酸素充満による異常燃焼発生リスクを防止又は低減することができる。また、起動用燃料の燃焼ガスが高温となることを防ぐことで、起動点火時の圧力変動を抑えることができ、炉内機器の損傷を防止又は低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る酸素吹き石炭ガス化炉の縦断面図である。
【図２】酸素吹き石炭ガス化炉の燃料バーナに係る構成を示す概略図である。
【図３】酸素吹き石炭ガス化炉を起動する際の起動用燃料供給量、微粉炭供給量および窒素供給量および酸素供給量を示すタイムチャートである。
【図４】従来の酸素吹き炭素質燃料ガス化炉の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１〜図３を参照して本発明にかかる一実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用可能な酸素吹き石炭ガス化炉の一例を示す縦断面図であり、微粉炭、チャー（微粉炭中の未燃炭素分と灰分を含む粉状体）、ガス化剤等を反応させ可燃性のガスを生成する酸素吹きのガス化部１と、ガス化部１と連通され、生成ガスが上流から下流に向かって流通する熱交換部２とを有する。
【００１７】
このガス化部１には、微粉炭と酸素とが供給される燃料バーナ１１が複数本設けられている。
【００１８】
図２に示すように、各燃料バーナ１１には微粉炭供給装置１２と起動用燃料供給装置１３とが接続され、微粉炭供給装置１２から図２の上３つの各燃料バーナ１１に炭素質燃料が供給され、起動用燃料供給装置１３から図２の最も下の燃料バーナ１１に天然ガスや灯油等の起動用燃料が供給されるように構成されている。また、各燃料バーナ１１には流量制御バルブ１５を介して空気分離装置１４の酸素供給部１４ａが接続されると共に、流量制御バルブ１６を介して空気分離装置１４の窒素供給部１４ｂが接続されている。尚、図２には記載されていないが、図２の最も下の燃料バーナにも酸素供給部１４ａおよび窒素供給部１４ｂが接続されていても良い。酸素供給部１４ａからの酸素は流量制御バルブ１５を介して各燃料バーナ１１に供給され、窒素供給部１４ｂからの不活性ガスとしての窒素は流量制御バルブ１６を介して各燃料バーナ１１に供給されるように構成されている。空気分離装置１４は空気から窒素と酸素を分離する装置であり、石炭ガス化炉に使用されている公知の構成のものを用いることができる。尚、各燃料バーナ１１にそれぞれ微粉炭の噴出口と起動用燃料の噴出口を設け、各燃料バーナ１１がそれぞれ酸素供給部１４ａおよび窒素供給部１４ｂに接続されるように構成しても良い。
【００１９】
また、図２に示すように、微粉炭供給装置１２、起動用燃料供給装置１３、酸素供給部１４ａ用の流量制御バルブ１５、および窒素供給部１４ｂ用の流量制御バルブ１６には制御装置１７が接続され、制御装置１７によって各燃料バーナ１１に供給される微粉炭、起動用燃料、酸素、および窒素の量が制御されるように構成されている。
上記のように、制御装置１７、微粉炭供給装置１２および起動用燃料供給装置１３は各燃料バーナ１１に燃料を供給する燃料供給手段として機能し、制御装置１７、酸素供給部１４ａ、窒素供給部１４ｂ、流量制御バルブ１５および流量制御バルブ１６は各燃料バーナ１１にガス化剤を供給するガス化剤供給手段として機能する。
【００２０】
この酸素吹きのガス化部１は、炉内温度が所定温度まで上昇して前記生成ガスを熱交換部２に連続的に供給する定常運転状態では、微粉炭供給装置１２からの微粉炭および酸素供給部１４ａからの酸素が各燃料バーナ１１に供給され、各燃料バーナ１１を介して微粉炭が燃焼して高温燃焼ガスがガス化部１内に供給される。また、チャー供給装置からのチャーおよび酸素供給部１４ａからの酸素が各燃料バーナ１１に供給され、各燃料バーナ１１を介してチャーが燃焼して高温燃焼ガスがガス化部１内に供給される。一方、微粉炭供給装置１２からの微粉炭が各燃料バーナ１１に供給され、還元雰囲気領域にてガス化され、生成されたガスが熱交換部２に送られる。
【００２１】
起動時にガス化部１内の温度を上昇させる際に制御装置１７によって制御される微粉炭供給装置１２、起動用燃料供給装置１３、酸素供給部１４ａ用の流量制御バルブ１５、および窒素供給部１４ｂ用の流量制御バルブ１６の動作と、その際の起動用燃料供給量、微粉炭供給量、窒素供給量および酸素供給量について、以下に説明する。尚、以下の処理は微粉炭供給装置１２、起動用燃料供給装置１３、酸素供給部１４ａ、および窒素供給部１４ｂから各燃料バーナ１１への供給が停止されている状態から開始されるものとする。
【００２２】
先ず、第１の時間枠では、制御装置１７によって起動用燃料供給装置１３、酸素供給部１４ａの流量制御バルブ１５、および窒素供給部１４ｂの流量制御バルブ１６を制御し、起動用燃料（本実施形態では灯油）、酸素、および窒素の各燃料バーナ１１への供給を開始すると共に、起動用燃料、酸素、および窒素の各燃料バーナ１１への供給量を制御する。この第１の時間枠では、図３に示すように、燃料バーナ１１への起動用燃料の供給量が時間とともに徐々に増加するように制御装置１７が起動用燃料供給装置１３を制御する。同時に、各燃料バーナ１１への酸素の供給量が所望の酸素供給量となるように制御装置１７が流量制御バルブ１５を制御し、各燃料バーナ１１への窒素の供給量が所定の窒素供給量となるように制御装置１７が流量制御バルブ１６を制御する。
【００２３】
続いて、第１の時間枠に連続する第２の時間枠では、制御装置１７によって微粉炭供給装置１２および起動用燃料供給装置１３を制御し、微粉炭の供給を開始すると共に、起動用燃料および微粉炭の供給量を制御し、そして起動用燃料供給装置１３からの起動用燃料の供給を停止する。この第２の時間枠では、図３に示すように、起動用燃料の供給量が時間とともに徐々に減少するように制御装置１７が起動用燃料供給装置１３を制御すると共に、微粉炭の供給量が時間とともに徐々に増加するように制御装置１７が微粉炭供給装置１２を制御する。本実施形態では、この第２の時間枠において、各燃料バーナ１１への窒素の供給は起動用燃料から微粉炭に燃料切替が完了した後に停止する。第２の時間枠では、上記のように起動用燃料である起動用燃料から微粉炭への燃料の変更が行われ、この間も燃料１内部の温度が徐々に上昇していく。また、第１および第２の時間枠では、供給する燃料（第１の時間枠では起動用燃料のみ、第２の時間枠では起動用燃料および微粉炭）を燃焼およびガス化するのに必要な酸素が供給される。なお、条件によっては、下記第３の時間枠においても、供給する燃料（第３の時間枠では微粉炭のみ）を燃焼又はガス化するのに必要な酸素が供給されても良い。
【００２４】
上記第２の時間枠では、図３に示すように、起動用燃料の供給量が経過時間に比例して減少すると共に、各燃料バーナ１１への微粉炭の供給量が経過時間に比例して増加するように、制御装置１７が微粉炭供給装置１２および起動用燃料供給装置１３を制御することが好ましい。
【００２５】
続いて、第２の時間枠に連続する第３の時間枠では、制御装置１７によって微粉炭供給装置１２を制御し、微粉炭の各燃料バーナ１１への供給量を制御する。この第３の時間枠では、図３に示すように、各燃料バーナ１１への微粉炭の供給量が時間とともに徐々に増加するように制御装置１７が微粉炭供給装置１２を制御する。
【００２６】
続いて、第３の時間枠に連続する第４の時間枠では、制御装置１７によって微粉炭供給装置１２を制御し、微粉炭の各燃料バーナ１１への供給量の増加を、供給量が定常運転時の所定の供給量となった時点で一定値とする。
【００２７】
このように、ガス化部１の起動時は、先ず各燃料バーナ１１に起動用燃料、酸素および窒素が供給されてガス化部１内部の温度上昇が行われ、続いて起動用燃料から微粉炭への燃料切替を行った後、各燃料バーナ１１への窒素の供給が停止され、各燃料バーナを介して微粉炭が酸素をガス化剤としてガス化される。その後、所定の供給量まで微粉炭の供給量が増加したところでガス化安定運転状態となる。
【００２８】
前述のように、本実施形態によれば、酸素吹きのガス化部１の起動時に酸素と共に窒素が各燃料バーナ１１に供給される。本実施形態では、ガス化部１の起動時に各燃料バーナ１１に酸素だけではなく窒素も供給されるので、酸素濃度を低下させることで、起動点火失敗した場合又は起動点火時の起動用燃料と酸素の炉内への流入タイミングのズレが生じた場合のガス化部１への酸素充満による異常燃焼発生リスクを防止又は低減することができる。また、起動用燃料の燃焼ガスが高温となることを防ぐことで、起動点火時のガス化部１での圧力変動を抑えることができ、炉内機器の損傷を防止又は低減することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  ガス化部
２  熱交換部
１１  燃料バーナ
１２  微粉炭供給装置
１３  起動用燃料供給装置
１４  空気分離装置
１４ａ  酸素供給部
１４ｂ  窒素供給部
１５  流量制御バルブ
１６  流量制御バルブ
１７  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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