(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料の有機物をガス化し、灰分を溶融スラグ化するガス化部と、前記ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、該スラグタップの直下に位置し、前記スラグタップ開口部から流下した溶融スラグを下方の冷却水槽に導くクエンチ部と、前記スラグタップに近接した前記クエンチ部に設置され、前記ガス化部で発生した生成ガスの一部を前記クエンチ部内に供給する生成ガスノズルと、該生成ガスノズルよりも下方の前記クエンチ部に設置され、前記クエンチ部内に酸素・窒素含有ガスを供給する酸素・窒素含有ガスノズルと、前記ガス化部に固体燃料を投入するバーナと前記スラグタップ上面の間のガス化部の底部に設けられ、前記ガス化部の底部を流下する溶融スラグの温度及び/又はガス化部の底部の燃焼温度を検知するガス化部温度計と、前記スラグタップの内部に設けられ、該スラグタップの温度を検知するスラグタップ内部温度計と、前記スラグタップの直下で前記スラグタップ開口部に突出させない位置の前記クエンチ部に設けられ、該クエンチ部内の前記スラグタップ開口部の直下における燃焼温度の変化を検知するスラグタップ開口部直下温度計とを備え、
前記ガス化部温度計、前記スラグタップ内部温度計、前記スラグタップ開口部直下温度計で検知した全ての温度が低下し、前記スラグタップ内部温度計が所定温度を下回った場合に前記スラグタップ開口部における閉塞兆候と判断することを特徴とするガス化炉。
【請求項２】
請求項１に記載のガス化炉において、
前記クエンチ部からスラグタップ開口部を監視する監視カメラ、前記クエンチ部からスラグタップ開口部直下の雰囲気温度を計測する非接触温度計、前記ガス化部とクエンチ部の差圧を測定する差圧測定器、前記ガス化部に投入した単位時間当たりの灰分の総重量に対して、スラグ排出量の割合に変化がないかを計測するスラグ重量計測器のうちの少なくとも１つを備え、かつ、前記監視カメラ及び非接触温度計と差圧測定器で検出したそれぞれのデータを取り込み、前記ガス化部に供給する有機物、酸素、窒素の流量、前記クエンチ部に供給する酸素・窒素含有ガス、生成ガスの流量を調整する制御装置を備えていることを特徴とするガス化炉。
【請求項３】
請求項１に記載のガス化炉において、
前記ガス化部温度計及び前記スラグタップ内部温度計と前記スラグタップ開口部直下温度計で検知した温度データを取り込み、前記ガス化部に供給する有機物、酸素、窒素の流量、前記クエンチ部に供給する酸素・窒素含有ガス、生成ガスの流量を調整する制御装置を備えていることを特徴とするガス化炉。
【請求項４】
固体燃料の有機物をガス化し、灰分を溶融スラグ化するガス化部と、前記ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、該スラグタップの直下に位置し、前記スラグタップ開口部から流下した溶融スラグを下方の冷却水槽に導くクエンチ部と、前記スラグタップに近接した前記クエンチ部に設置され、前記ガス化部で発生した生成ガスの一部を前記クエンチ部内に供給する生成ガスノズルと、該生成ガスノズルよりも下方の前記クエンチ部に設置され、前記クエンチ部内に酸素・窒素含有ガスを供給する酸素・窒素含有ガスノズルと、前記ガス化部に固体燃料を投入するバーナと前記スラグタップ上面の間のガス化部の底部に設けられ、前記ガス化部の底部を流下する溶融スラグの温度及び／又はガス化部の底部の燃焼温度を検知するガス化部温度計と、前記スラグタップの内部に設けられ、該スラグタップの温度を検知するスラグタップ内部温度計と、前記スラグタップの直下で前記スラグタップ開口部に突出させない位置の前記クエンチ部に設けられ、該クエンチ部内の前記スラグタップ開口部の直下における燃焼温度の変化を検知するスラグタップ開口部直下温度計とを備えたガス化炉のスラグタップ開口部における閉塞兆候を検知するに当たり、
前記ガス化部温度計、前記スラグタップ内部温度計、前記スラグタップ開口部直下温度計で検知した全ての温度が低下し、前記スラグタップ内部温度計が所定温度を下回った場合に前記スラグタップ開口部における閉塞兆候と判断することを特徴とするガス化炉のスラグタップ閉塞検知方法。
【請求項５】
固体燃料の有機物をガス化し、灰分を溶融スラグ化するガス化部と、前記ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、該スラグタップの直下に位置し、前記スラグタップ開口部から流下した溶融スラグを下方の冷却水槽に導くクエンチ部とを備えたガス化炉のスラグタップ開口部における閉塞兆候を検知するに当たり、
前記クエンチ部に、上から順に設置された前記ガス化部で発生した生成ガスを供給する生成ガスノズル、酸素及び窒素を含む気体を供給する酸素・窒素含有ガスノズル、起動バーナが、複数本それぞれ同一円周上に、均等間隔で水平中心方向に対向しており、前記生成ガスノズルから供給する生成ガスの流量を一定として、前記酸素・窒素含有ガスノズルから供給する酸素及び窒素を含む気体の流量を一時的に変化させ、前記ガス化部の底部、前記スラグタップ、前記クエンチ部のそれぞれに設けた温度計で検知した全ての温度が低下し、前記スラグタップに設けた温度計が所定温度を下回った場合に、前記スラグタップ開口部における閉塞兆候と判断することを特徴とするガス化炉のスラグタップ閉塞検知方法。
【請求項６】
固体燃料の有機物をガス化し、灰分を溶融スラグ化するガス化部と、前記ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、該スラグタップの直下に位置し、前記スラグタップ開口部から流下した溶融スラグを下方の冷却水槽に導くクエンチ部とを備えたガス化炉のスラグタップ開口部における閉塞兆候を検知するに当たり、
前記クエンチ部に、上から順に設置された前記ガス化部で発生した生成ガスを供給する生成ガスノズル、酸素及び窒素を含む気体を供給する酸素・窒素含有ガスノズル、起動バーナが、複数本それぞれ同一円周上に均等間隔で水平中心方向に対向しており、前記酸素・窒素含有ガスノズルから供給する酸素及び窒素を含む気体の流量を一定とし、前記生成ガスノズルから供給する生成ガスの流量を一時的に変化させ、前記ガス化部の底部、前記スラグタップ、前記クエンチ部のそれぞれに設けた温度計で検知した全ての温度が低下し、前記スラグタップに設けた温度計が所定温度を下回った場合に、前記スラグタップ開口部における閉塞兆候と判断することを特徴とするガス化炉のスラグタップ閉塞検知方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のガス化炉のスラグタップ閉塞検知方法において、
前記クエンチ部から前記スラグタップ開口部を監視する監視カメラ、前記クエンチ部からスラグタップ開口部直下の雰囲気温度を計測する非接触温度計、前記ガス化部とクエンチ部の差圧を測定する差圧測定器、前記ガス化部に投入した単位時間当たりの灰分の総重量に対して、スラグ排出量の割合に変化がないかを計測するスラグ重量計測器のうちの少なくとも１つを備え、前記監視カメラの映像が暗くなるか、非接触温度計で計測した温度が低下するか、差圧測定器で測定した前記ガス化部とクエンチ部の差圧か、スラグ重量計測器で計測した前記ガス化部に投入した単位時間当たりの灰分の総重量に対するスラグ排出量の変化の有無のうちの少なくとも１つで異常を検知した際に、前記酸素及び窒素を含む気体、又は前記生成ガスのいずれか一方の流量を一時的に変化させて前記スラグタップ開口部における閉塞兆候を検知することを特徴とするガス化炉のスラグタップ閉塞検知方法。
【請求項８】
請求項５又は６に記載のガス化炉のスラグタップ閉塞検知方法において、
前記スラグタップの閉塞兆候を検知した際に、前記酸素・窒素含有ガスノズルから酸素及び窒素を含む気体と前記生成ガスノズルから生成ガスをそれぞれ増加した状態で運転を継続し、前記酸素・窒素含有ガスノズルからの酸素と前記生成ガスノズルからの生成ガスとを燃焼させて前記スラグタップを保温し、かつ、前記酸素及び窒素を含む気体、又は前記生成ガスのいずれか一方の流量を一時的に変化させ、前記ガス化部の底部、前記スラグタップ、前記クエンチ部に設けた温度計で検知した温度の増減から前記スラグタップ開口部における閉塞兆候のさらなる悪化の有無を監視して、前記ガス化炉の運転を継続することを特徴とするガス化炉のスラグタップ閉塞検知方法。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか１項に記載のガス化炉のスラグタップ閉塞検知方法において、
前記酸素及び窒素を含む気体、又は前記生成ガスのいずれか一方の一時的な流量変化を、制御装置で任意の周期で実施することを特徴とするガス化炉のスラグタップ閉塞検知方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のガス化炉のスラグタップ閉塞検知方法において、
前記ガス化部の底部、前記スラグタップ、前記クエンチ部にそれぞれ設置した温度計で検知した全ての温度が低下し、前記スラグタップに設けた温度計が所定温度を下回った場合、前記クエンチ部から前記スラグタップ開口部を監視する監視カメラの映像が暗くなるか、前記クエンチ部からスラグタップ開口部直下の雰囲気温度を計測する非接触温度計で計測した温度が低下するか、前記ガス化部とクエンチ部の差圧を測定する差圧測定器で測定した前記ガス化部とクエンチ部の差圧か、前記ガス化部に投入した単位時間当たりの灰分の総重量に対して、スラグ排出量の割合に変化がないかを計測するスラグ重量計測器で計測した前記ガス化部に投入した単位時間当たりの灰分の総重量に対するスラグ排出量の変化の有無のうちの少なくとも１つを用いた前記スラグタップ開口部における閉塞兆候の監視結果に基づいて、制御装置で一時的な流量変化によるスラグタップ閉塞検知の実施周期を設定変更することを特徴とするガス化炉のスラグタップ閉塞検知方法。
【請求項１１】
請求項７に記載のガス化炉のスラグタップ閉塞検知方法において、
前記ガス化部の底部、前記スラグタップ、前記クエンチ部にそれぞれ設置した温度計で検知した全ての温度が低下し、前記スラグタップに設けた温度計が所定温度を下回った場合、前記クエンチ部から前記スラグタップ開口部を監視する監視カメラの映像が暗くなるか、前記クエンチ部からスラグタップ開口部直下の雰囲気温度を計測する非接触温度計で計測した温度が低下するか、前記ガス化部とクエンチ部の差圧を測定する差圧測定器で測定した前記ガス化部とクエンチ部の差圧か、前記ガス化部に投入した単位時間当たりの灰分の総重量に対して、スラグ排出量の割合に変化がないかを計測するスラグ重量計測器で計測した前記ガス化部に投入した単位時間当たりの灰分の総重量に対するスラグ排出量の変化の有無のうちの少なくとも１つの計測データを制御装置に取り込んで前記スラグタップ開口部における閉塞を監視し、前記温度計、監視カメラ、非接触温度計、差圧測定器、スラグ重量計測器のうちの少なくとも１つで異常を検知した際に、前記酸素及び窒素を含む気体、又は前記生成ガスのいずれか一方の流量を一時的に変化させて前記スラグタップ開口部における閉塞兆候を検知することを特徴とするガス化炉のスラグタップ閉塞検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス化炉及びそのスラグタップ閉塞検知方法に係り、特に、石炭等の固体燃料をガス化するものに好適なガス化炉及びそのスラグタップ閉塞検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭等の固体燃料をガス化するガス化炉を運転する場合には、ガス化炉の底部に設けられたスラグタップ開口部での溶融スラグの固化による閉塞を防ぎ、スラグタップから溶融スラグを安定に流下させる必要がある。
【０００３】
このようなスラグタップから溶融スラグを安定に流下させるガス化炉の運転方法として、例えば、特許文献１には、石炭ガス化炉のスラグタップ直下に設けたバーナから、ガス化炉で発生した生成ガスを、酸素投入ノズルから酸素又は酸素富化空気を投入してスラグタップ直下で燃焼させ、スラグタップを保温することで、スラグタップ開口部での溶融スラグの固化による閉塞を防ぐ石炭ガス化炉の運転方法が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、石炭ガス化炉のスラグタップ内に、超音波厚さ計測計を設置し、ガス化部底部のスラグタップ上を流れる溶融スラグ厚さを計測し、スラグタップからの溶融スラグの流下状況を監視するガス化炉の運転方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２９２３６８号公報
【特許文献２】特開２００６−７００５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
様々な炭種を適用でき、かつ数ヶ月以上の連続運転に対応する信頼性を備えたガス化炉を開発するためには、ガス化炉のスラグタップ開口部から溶融スラグを安定に排出させる必要がある。
【０００７】
このため、スラグタップ開口部への溶融スラグの付着及び堆積によるスラグタップ開口部の閉塞を回避しなければならず、応答性に優れたスラグタップ開口部の閉塞検知と再加熱が必要不可欠である。
【０００８】
しかしながら、上記した特許文献１及び２には、スラグタップ開口部直下に投入する酸素及び窒素を含む気体、又は生成ガスのいずれか一方の流量を一時的に変化させ、ガス化部底部、スラグタップ、クエンチ部の温度変化に基づいて応答性に優れたスラグタップ開口部の閉塞検知と再加熱を行うガス化炉の運転手法については、言及されていない。
【０００９】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、簡単な構成でスラグタップ開口部における閉塞兆候を検知してスラグタップ開口部の閉塞進行を回避し、ガス化炉の運転を継続することができるガス化炉及びそのスラグタップ閉塞検知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のガス化炉は、上記目的を達成するために、固体燃料の有機物をガス化し、灰分を溶融スラグ化するガス化部と、前記ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、該スラグタップの直下に位置し、前記スラグタップ開口部から流下した溶融スラグを下方の冷却水槽に導くクエンチ部と、前記スラグタップに近接した前記クエンチ部に設置され、前記ガス化部で発生した生成ガスの一部を前記クエンチ部内に供給する生成ガスノズルと、該生成ガスノズルよりも下方の前記クエンチ部に設置され、前記クエンチ部内に酸素・窒素含有ガスを供給する酸素・窒素含有ガスノズルと、前記ガス化部に固体燃料を投入するバーナと前記スラグタップ上面の間のガス化部の底部に設けられ、前記ガス化部の底部を流下する溶融スラグの温度及び/又はガス化部の底部の燃焼温度を検知するガス化部温度計と、前記スラグタップの内部に設けられ、該スラグタップの温度を検知するスラグタップ内部温度計と、前記スラグタップの直下で前記スラグタップ開口部に突出させない位置の前記クエンチ部に設けられ、該クエンチ部内の前記スラグタップ開口部の直下における燃焼温度の変化を検知するスラグタップ開口部直下温度計とを備え、前記ガス化部温度計、前記スラグタップ内部温度計、前記スラグタップ開口部直下温度計で検知した全ての温度が低下し、前記スラグタップ内部温度計が所定温度を下回った場合に前記スラグタップ開口部における閉塞兆候と判断することを特徴とする。
【００１１】
本発明のガス化炉のスラグタップ閉塞検知方法は、上記目的を達成するために、固体燃料の有機物をガス化し、灰分を溶融スラグ化するガス化部と、前記ガス化部の底部に設けられ、その中央部に溶融スラグを流下させる開口部を有するスラグタップと、該スラグタップの直下に位置し、前記スラグタップ開口部から流下した溶融スラグを下方の冷却水槽に導くクエンチ部と、前記スラグタップに近接した前記クエンチ部に設置され、前記ガス化部で発生した生成ガスの一部を前記クエンチ部内に供給する生成ガスノズルと、該生成ガスノズルよりも下方の前記クエンチ部に設置され、前記クエンチ部内に酸素・窒素含有ガスを供給する酸素・窒素含有ガスノズルと、前記ガス化部に固体燃料を投入するバーナと前記スラグタップ上面の間のガス化部の底部に設けられ、前記ガス化部の底部を流下する溶融スラグの温度及び／又はガス化部の底部の燃焼温度を検知するガス化部温度計と、前記スラグタップの内部に設けられ、該スラグタップの温度を検知するスラグタップ内部温度計と、前記スラグタップの直下で前記スラグタップ開口部に突出させない位置の前記クエンチ部に設けられ、該クエンチ部内の前記スラグタップ開口部の直下における燃焼温度の変化を検知するスラグタップ開口部直下温度計とを備えたガス化炉のスラグタップ開口部における閉塞兆候を検知するに当たり、前記ガス化部温度計、前記スラグタップ内部温度計、前記スラグタップ開口部直下温度計で検知した全ての温度が低下し、前記スラグタップ内部温度計が所定温度を下回った場合に前記スラグタップ開口部における閉塞兆候と判断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単な構成でスラグタップ開口部における閉塞兆候を検知してスラグタップ開口部の閉塞進行を回避し、ガス化炉の運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のガス化炉の実施例１を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示した実施例１のガス化炉中心断面の流動状態を示す断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ´に沿う断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ´に沿う断面図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ´に沿う断面図である。
【図６】図２のＤ−Ｄ´に沿う断面図である。
【図７】本発明のガス化炉の実施例２を示す概略斜視図である。
【図８】本発明の実施例２のガス化炉を採用した石炭ガス化複合発電システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図示した実施例に基づいて本発明のガス化炉及びそのスラグタップ閉塞検知方法について説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１及び図２に、本発明のガス化炉の実施例１を示す。本発明の実施例１は、定常運転中のガス化炉１のスラグタップ３の加熱に、酸素含有ガス及びガス化炉１で発生した生成ガスの一部を用いるように構成されたガス化炉１である。
【００１７】
該図に示す如く、本実施例のガス化炉１は、外形が円筒状に形成されており、このガス化炉１の頂部と底部に開口部を有し、その内部で燃料の石炭中の可燃分を酸素と燃焼反応させてガス化し、ＣＯ及びＨ２を主成分とする生成ガスを発生させ、石炭中の灰分を溶融してスラグ化するガス化部２と、このガス化部２の底部に設けられ、ガス化部２で石炭中の灰分を溶融してスラグ化した溶融スラグを、その中央部に形成されたスラグタップ開口部４から下方に流下させるスラグタップ３と、このスラグタップ３の直下に配置され、スラグタップ開口部４から流下した溶融スラグを下方に導くバッファ空間となるクエンチ部５と、このクエンチ部５の下方に配置され、クエンチ部５に流下した溶融スラグが導かれて冷却水によって急冷され、非晶質（ガラス状）の水砕スラグ化するスラグ冷却水槽６とから概略構成されている。
【００１８】
ガス化部２を内部に形成するガス化炉１の壁面には、上方から上段バーナ７と下段バーナ８がそれぞれ接線方向に設置されており、上段バーナ７と下段バーナ８からは、微粉にした固体燃料の石炭と、酸素・窒素含有ガスとがガス化部２内に投入され、このガス化部２内で旋回流が形成される。
【００１９】
また、ガス化部２の側壁は耐火壁となっており、本実施例では、このガス化部２の底部の耐火材内部に、ガス化部温度計である炉底側壁内部温度計１６が設置されている。ここで、炉底とは、下段バーナ８からスラグタップ３上面の間とする。
【００２０】
上記の炉底側壁内部温度計１６は、ガス化部２の炉底を流下する溶融スラグ温度及び／又は炉底の燃焼温度の変化を監視するものである。炉底側壁内部温度計１６を耐火材内部に設置した理由は、溶融スラグとの接触による温度計の損傷を防ぐためである。
【００２１】
スラグタップ３は、ガス化部２とクエンチ部５を仕切る耐火壁であり、その中央部にスラグタップ開口部４が形成されている。本実施例では、スラグタップ開口部４の形状を矩形とした場合で説明する。スラグタップ開口部４の形状は、楕円、円、菱形としても構わない。
【００２２】
そして、本実施例では、スラグタップ開口部４近くのスラグタップ３の耐火材内部に、スラグタップ温度計であるスラグタップ内部温度計１５が設置されている。このスラグタップ内部温度計１５を用いて、ガス化部２の底部、スラグタップ開口部４、クエンチ部５内のスラグタップ開口部４直下の燃焼温度、及びスラグタップ開口部４内を流下する溶融スラグ温度の変化を監視している。
【００２３】
また、クエンチ部５の壁面には、上から順に生成ガスノズル９、酸素・窒素含有ガスノズル１０、起動バーナ１１がそれぞれ設置されている。生成ガスノズル９からは、ガス化部２で発生した生成ガスの一部が投入され、酸素・窒素ノズル１０からは、酸素及び窒素を含んだ気体が投入され、起動バーナ１１からは、軽油等の燃料及び前記燃料燃焼用の酸素及び窒素を供給する。
【００２４】
上述した生成ガスノズル９、酸素・窒素含有ガスノズル１０、起動バーナ１１は、全て同一円周上に等間隔で水平中心方向に対向させて複数本設置されている。これは、生成ガスノズル９、酸素・窒素含有ガスノズル１０、起動バーナ１１からの噴流を、クエンチ部５内の中心付近で衝突させて、噴流を減衰させるためである。これにより、スラグタップ開口部４直下のクエンチ部５内の中心付近を高温化して、高温火炎のインピンジによるクエンチ部５の側壁の焼損を防ぐことができる。
【００２５】
また、クエンチ部５の内部側壁には、複数個の温度計が設置されている。この理由は、次の２点である。１点目は、クエンチ部５の側壁を水冷の金属板とするためである。クエンチ部５の側壁表面を６００℃以下に冷却することで、クエンチ部５内を飛散する溶融スラグの付着を抑制できる。仮に、クエンチ部５の側壁上部だけでも耐火材を施工する場合、クエンチ部５の上部に設置する温度計は、耐火材内部に設置しても構わない。
【００２６】
２点目は、クエンチ部５内では、溶融スラグ流下で温度計が溶損する可能性が低いためである。溶融スラグは、スラグタップ開口部４からスラグ冷却水槽６に流下するため、スラグタップ開口部４直下で、溶融スラグが連続落下する領域を除けば、温度計が設置可能である。
【００２７】
ここで、一部の溶融スラグが、スラグタップ開口部４からスラグタップ３の下面を伝って、クエンチ部５の側壁に到達する可能性が考えられる。この場合でも、クエンチ部５の側壁が水冷金属板であるため、溶融スラグは、ここで冷却されて固化し落下する。従って、クエンチ部５の側壁に温度計を設置しておけばクエンチ部５内の温度監視が可能である。
【００２８】
本実施例では、クエンチ部５の側壁近傍温度を、クエンチ部５内の高さ方向の３箇所に温度計を設置して温度監視している。
【００２９】
即ち、本実施例では、クエンチ部５の側壁に、上から順に、クエンチ部５内のスラグタップ開口部４直下の燃焼温度の変化を監視するスラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２、クエンチ部５内の側壁近傍の燃焼温度の変化を監視する（特に、生成ガスノズル９からの生成ガス投入、酸素・窒素ノズル１０からの酸素及び窒素を含む気体投入によるクエンチ部５内の燃焼温度の変化を監視する）生成ガスノズル９直下の側壁近傍の温度計１３、クエンチ部５内の側壁近傍の燃焼温度の変化を監視する（特に、酸素・窒素ノズル１０からの酸素及び窒素を含む気体投入、起動バーナ１１点火によるクエンチ部５内の燃焼温度の変化を監視する）酸素・窒素含有ガスノズル１０直下の側壁近傍の温度計１４が設置されて、クエンチ部５内の高さ方向の３箇所で温度監視している。
【００３０】
次に、図２乃至図６を用いて、ガス化炉１内の流動状態とスラグタップ閉塞検知方法について説明する。
【００３１】
先ず図２に示す如く、上段バーナ７及び下段バーナ８から、それぞれ石炭、石炭の搬送ガス（窒素、二酸化炭素などの不活性ガス）、酸素が接線方向にガス化部２内に投入される。これにより、ガス化部２で発生する生成ガス１０２は、旋回流を形成する。ガス化部２の底部を石炭灰の融点以上に高めることで、石炭中の灰分は溶融スラグ化してガス化部２の底部に付着するため、固体の石炭から、可燃性の生成ガスを取り出すことができる。
【００３２】
ガス化炉１の下段バーナ８の高さ断面（図２のＡ−Ａ’断面）の流動状態の概念を図３に示す。該図に示す如く、下段バーナ８から投入された石炭、石炭の搬送ガス、酸素１０６が接線方向に投入され、ガス化部２で発生する生成ガス１０２が、旋回流を形成することが分かる。
【００３３】
図２のガス化部２の底部において、ガス化部２で発生する生成ガス１０２の多くは、スラグタップ３で反転し、ガス化部２の中心付近を上昇して、ガス化炉１から排出される。一方で、ガス化部２で発生する生成ガス１０２の一部は、スラグタップ開口部４を通って、クエンチ部５に流入する生成ガス１０１となる。これにより、スラグタップ開口部４及びその直下のクエンチ部５内を保温し、溶融スラグの温度低下による固化によるスラグタップ開口部４の閉塞を防いでいる。
【００３４】
スラグタップ３の高さ断面（図２のＢ−Ｂ’断面）の流動状態の概念を図４に示す。該図に示す如く、スラグタップ３のスラグタップ開口部４を生成ガス１０１が通っている様子が分かり、４個のスラグタップ内部温度計１５が、同一円周上に等間隔で水平中心方向に対向させてスラグタップ開口部４の近傍に位置していることが分かる。
【００３５】
また、溶融スラグの流下状況は、図２に示す炉底側壁内部温度計１６、スラグタップ内部温度計１５、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２で、それぞれの位置における溶融スラグの温度を検知することで監視している。即ち、炉底側壁内部温度計１６、スラグタップ内部温度計１５、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２でそれぞれ検知された位置での全ての温度が低下し、特に、スラグタップ内部温度計１５の温度が所定温度を下回った場合、溶融スラグの付着によるスラグタップ開口部４の閉塞と判断している。即ち、スラグタップ開口部４に溶融スラグが付着して溜まると各部の温度が急激に低下するので、この温度低下を監視してスラグタップ開口部４の閉塞兆候が分かる。
【００３６】
ところで、スラグタップ開口部４に閉塞のない定常時においても、ガス化部２の底部に溜まった溶融スラグの流下などにより、一時的に多くの溶融スラグがスラグタップ開口部４を流下し、上記した３箇所の温度が一時的に低下する場合もある。
【００３７】
実際のガス化炉１の運転では、溶融スラグの付着によるスラグタップ開口部４の閉塞と、一時的な溶融スラグの流量増加によるスラグタップ開口部４の開口面積減少を、瞬時に判定することは難しい。
【００３８】
そこで、クエンチ部内のスラグタップ３下面から酸素・窒素含有ガスノズル１０間の高さにクエンチ部ガス温度計５７を設置し、スラグタップ開口部４に近く、かつ温度計への溶融スラグ付着の影響の小さい場所の温度変化も合わせて監視すると便利である。クエンチ部ガス温度計５７の温度計測位置は、クエンチ部５の内壁から５０ｍｍ以上入った、クエンチ部５内部とすると良い。
【００３９】
ガス化炉１を長時間連続で運転させるためには、溶融スラグ付着によるスラグタップ開口部４の閉塞を素早く検知するとともに、スラグタップ開口部４の閉塞を検知した時に、速やかにスラグタップ開口部４を加熱する運転手法が必要である。
【００４０】
まず、灰融点の低い石炭をガス化する場合には、クエンチ部５に流入する生成ガス１０１のみで、スラグタップ開口部４を保温できる。そこで、スラグタップ開口部４の閉塞有無を判定するため、酸素・窒素含有ガスノズル１０から、酸素・窒素含有ガスノズル１０からの酸素及び窒素を含む気体１０４を一時的に投入すると良い。
【００４１】
その時の状態である酸素・窒素含有ガスノズル１０の高さ断面（図２のＤ−Ｄ’断面）における流動状態の概念を図６に示す。該図に示す如く、対向する４本の酸素・窒素含有ガスノズル１０から酸素・窒素を含む気体１０４を、中心方向に均等な流量及び流速で供給していることが分かる。
【００４２】
これにより、酸素・窒素含有ガスノズル１０からの酸素・窒素を含む気体１０４の噴流は、クエンチ部５の中心付近で衝突して減衰し、緩やかに上昇して、スラグタップ開口部４の直下近傍で、クエンチ部５に流入する生成ガス１０１と混合し燃焼する。
【００４３】
従って、スラグタップ開口部４に閉塞のない定常時には、図２に示した炉底側壁内部温度計１６、スラグタップ内部温度計１５、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２、クエンチ部ガス温度計５７での検知温度が上昇する。とりわけ、スラグタップ内部温度計１５、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２の温度上昇が顕著である。
【００４４】
逆に、スラグタップ開口部４が閉塞した非定常時には、スラグタップ内部温度計１５、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２、クエンチ部ガス温度計５７での検知温度が減少する。スラグタップ開口部４の開口面積が減少すると、クエンチ部５に流入する生成ガス１０１の流量も減少する。特に、スラグタップ開口部４の開口面積が、定常時の半分程度まで減少すると、クエンチ部５に流入する生成ガス１０１の流量は、定常時の場合より極端に減少する。
【００４５】
これにより、燃料（クエンチ部５に流入する生成ガス１０１）の不足により、酸素・窒素含有ガスノズル１０からの酸素・窒素を含む気体１０４で、クエンチ部ガス温度計５７をはじめとするクエンチ部５の温度が低下する。
【００４６】
このとき、下段バーナ８から投入する酸素を増量してガス化部２の底部温度を高め、スラグタップ開口部４の加熱用燃料として、生成ガスノズル９から生成ガスも投入すると良い。また、酸素・窒素含有ガスノズル１０からの酸素流量及び酸素濃度も増加させる。火炎温度上昇によるクエンチ部５の側壁やノズルの焼損を回避するため、酸素・窒素含有ガスノズル１０からの酸素・窒素を含む気体１０４の酸素濃度は、４０％程度を上限とすると良い。
【００４７】
また、スラグタップ開口部４の上下からの加熱をそれぞれ強化することで、スラグタップ開口部４のさらなる閉塞を回避することができる。即ち、スラグタップ開口部４の下側の加熱も強化したことで、クエンチ部ガス温度計５７、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２、生成ガスノズル９直下の側壁近傍の温度計１３、酸素・窒素含有ガスノズル１０直下の側壁近傍の温度計１４の温度が、それぞれ上昇する。
【００４８】
一時的な溶融スラグ流量増加で、スラグタップ開口部４の開口面積が減少した場合であれば、上記の操作でスラグタップ開口部４の加熱を強化できるため、溶融スラグの安定排出を継続できる。そして、ガス化部２内に滞留した溶融スラグの排出が終われば、スラグタップ開口部４の開口面積が拡大し、元の定常時の状態に復帰する。
【００４９】
定常時への復帰は、スラグタップ開口部４内を流れる溶融スラグ厚さ減少によるスラグタップ内部温度計１５の温度上昇で検知できる。定常時への復帰を検知後、下段バーナ８、生成ガスノズル９、酸素・窒素含有ガスノズル１０の流量を、定常時の条件に復帰させる。
【００５０】
次に、灰融点の高い石炭をガス化する場合には、スラグタップ開口部４を保温するため、定常時も、酸素・窒素含有ガスノズル１０からの酸素及び窒素を含む気体１０４を常時投入すると良い。これは、前述した図６にも示したように、スラグタップ開口部４の直下を加熱し、スラグタップ開口部４における溶融スラグの固化を防ぐためである。
【００５１】
酸素・窒素含有ガスノズル１０からの酸素及び窒素を含む気体１０４は、図６に示したように、クエンチ部５の中心付近に集まり、緩やかな上昇流となってクエンチ部５に流入する生成ガス１０１とスラグタップ開口部４の直下で混合し、燃焼する。酸素・窒素含有ガスノズル１０からの酸素及び窒素を含む気体１０４に含まれる酸素の流量は、クエンチ部５に流入する生成ガス１０１との燃焼で、全て消費される流量未満に留める。
【００５２】
次に、図２に示す如く、酸素・窒素含有ガスノズル１０からの酸素及び窒素を含む気体１０４と、スラグタップ開口部４からクエンチ部５に流入する生成ガス１０１の燃焼により、クエンチ部５に燃焼ガス１０５が発生する。クエンチ部５の燃焼ガス１０５は、スラグタップ開口部４に向かって上昇し、ガス化部２の底部において、ガス化部２で発生する生成ガスと混合する。
【００５３】
このような場合に、本実施例では、以下の２通りの運用方法で、スラグタップ開口部４の閉塞を検知できる。
【００５４】
１つ目の運用方法は、酸素及び窒素を含む気体１０４の一時的な増量である。このときの現象、及びスラグタップ閉塞検知方法は、上記した灰融点の低い石炭の場合と同じである。
【００５５】
２つ目は、生成ガスノズル９から生成ガスの一時的な投入である。図５に、生成ガスノズル９の高さ断面（図２のＣ−Ｃ’断面）の流動状態の概念を示す。該図に示す如く、生成ガスノズル９からの生成ガス１０３は、クエンチ部５の中心付近で、クエンチ部５の燃焼ガス１０５や、クエンチ部５に流入する生成ガス１０１と混合する。クエンチ部５の側壁を保護するため、４本の生成ガスノズル９の流量、流速は均等とし、クエンチ部５の中心付近で、生成ガスノズル９からの生成ガス１０３の噴流が衝突することで減衰させている。
【００５６】
しかし、クエンチ部５の燃焼ガス１０５や、クエンチ部５に流入する生成ガス１０１には、酸素が含まれておらず、生成ガスノズル９からの生成ガス１０３は燃焼しない。これは、酸素及び窒素を含む気体１０４に含まれる酸素は、クエンチ部５に流入する生成ガス１０１との燃焼で、全て消費されるためである。更に、クエンチ部５の燃焼ガス１０５や、クエンチ部５に流入する生成ガス１０１は１０００℃以上に達するのに対し、生成ガスノズル９からの生成ガス１０３は、４００℃以下である。
【００５７】
従って、生成ガスノズル９からの生成ガス１０３をクエンチ部５に投入することで、クエンチ部５の燃焼ガス１０５は冷却される。
【００５８】
これにより、図２に示したスラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２、スラグタップ内部温度計１５、炉底側壁内部温度計１６、クエンチ部ガス温度計５７の温度は、低下傾向を示す。これら温度の低下傾向をもって、スラグタップ開口部４に閉塞のない定常時であることを検知できる。
【００５９】
逆に、スラグタップ開口部４が閉塞した非定常時には、クエンチ部５に流入する生成ガス１０１の流量が減少するため、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２、スラグタップ内部温度計１５、クエンチ部ガス温度計５７の温度は、定常時より低くなっている。このため、酸素・窒素含有ガスノズル１０からの酸素及び窒素を含む気体１０４に含まれる酸素の一部が、未反応でクエンチ部５内に残留する。
【００６０】
ここで、生成ガスノズル９からの生成ガス１０３を一時的にクエンチ部５に投入すると、前記した残留酸素との燃焼により、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２、スラグタップ内部温度計１５、クエンチ部ガス温度計５７の温度が上昇傾向を示す。これら温度の上昇傾向をもって、スラグタップ開口部４が閉塞した非定常時であることを検知できる。
【００６１】
スラグタップ閉塞傾向を検知した場合、下段バーナ８から投入する酸素流量、酸素・窒素含有ガスノズル１０からの酸素流量及び酸素濃度を増加し、生成ガスノズル９からの生成ガスも増加させて、スラグタップ開口部４の上下からの加熱を強化することで、スラグタップ開口部４のさらなる閉塞が回避できる。
【００６２】
一方、酸素・窒素含有ガスノズル１０からの酸素及び窒素を含む気体１０４の流量を一定として、生成ガスノズル９からの生成ガス１０３を一時的に投入する運用方法としても、スラグタップ開口部４の閉塞検知は可能である。
【００６３】
万が一、上記のスラグタップ開口部４の加熱操作を実施しても、スラグタップ閉塞傾向が改善しない場合は、スラグタップ開口部４のさらなる加熱強化が必要となる。すなわち、ガス化部２の下段バーナ８から投入する酸素量の増加、ガス化部２を部分負荷で運転中の場合にはガス化部２の増負荷、起動バーナの再点火の少なくとも一つ以上を実施すると良い。なお、これらの加熱手段は、同時に操作可能である。
【００６４】
尚、本実施例のスラグタップ開口部４の閉塞検知は、温度の上昇又は低下傾向をもって判定するため、温度計にスラグ付着した場合でも適用できる。
【００６５】
このような本実施例によれば、酸素・窒素含有ノズルからの酸素及び窒素、生成ガスノズルからの生成ガスを、それぞれクエンチ部内に供給し、ガス化部底部からクエンチ部に設置した温度計の温度変化で、スラグタップ開口部における閉塞兆候を検知できる。スラグタップ開口部の閉塞検知時には、スラグタップ開口部を速やかに加熱強化し、様々な炭種に対しても、ガス化炉の長時間運転が可能となる。
【００６６】
即ち、石炭ガス化炉のスラグタップ直下のクエンチ部に、上から生成ガスノズル、酸素・窒素含有ガスノズル、起動バーナを対向させて複数本設置することで、各ノズル及びバーナからの噴流がクエンチ部側壁に衝突するのを防ぐことが可能となる。これにより、高温の燃焼ガス衝突によるクエンチ部側壁の焼損を防ぐことができる。
【００６７】
スラグタップ開口部に閉塞のない定常時には、酸素・窒素含有ガスノズルからクエンチ部に供給される酸素は、ガス化部よりスラグタップ開口部を通ってクエンチ部に流入する高温の生成ガスと、スラグタップ開口部の直下で混合して燃焼する。このため、ガス化部底部、スラグタップ、クエンチ部の温度が上昇し、スラグタップ開口部を保温できるだけでなく、スラグタップ開口部に閉塞のないことが分かる。
【００６８】
酸素・窒素含有ガスノズルからクエンチ部に酸素を常時供給する場合には、生成ガスノズルからクエンチ部に生成ガスを投入することで、ガス化部底部、スラグタップ、クエンチ部の温度変化でスラグタップの閉塞有無を検知できる。
【００６９】
つまり、スラグタップ開口部に閉塞のない定常時には、クエンチ部への生成ガス投入で、ガス化部底部、スラグタップ、クエンチ部の温度は低下する。これは、クエンチ部内に投入された酸素が、ガス化部からクエンチ部に流入する高温の生成ガスとの燃焼で消費されるためである。
【００７０】
これに対し、スラグタップ開口部が閉塞すると、クエンチ部に生成ガスを投入することで、ガス化部底部からクエンチ部内の温度は増加する。これは、クエンチ部内に投入された未反応の酸素と、クエンチ部に投入された生成ガスが燃焼するためである。この現象は、スラグタップ閉塞で、クエンチ部への高温の生成ガスの流入量減少に起因する。
【００７１】
これにより、簡単な構成で生成ガスノズルから生成ガスを投入した時のガス化部底部からクエンチ部内の温度変化を監視することで、スラグタップの閉塞を検知できる。本実施例は、温度変化でスラグタップ閉塞兆候を検知するため、温度計に溶融スラグが付着した場合でも有効である。
【実施例２】
【００７２】
図７に本発明のガス化炉１の実施例２を示す。該図に示す本実施例のガス化炉１は、実施例１のガス化炉に、スラグタップ開口部４の可視化装置とクエンチ部５内のスラグタップ開口部４直下の雰囲気温度を計測する非接触温度測定装置を加えたものである。
【００７３】
即ち、図７に示す如く、本実施例のガス化炉１は、クエンチ部５からスラグタップ開口部４を監視する監視カメラ１７と、クエンチ部５からスラグタップ開口部４直下の雰囲気温度を計測する非接触温度計１８を設置したものである。他の構成は、実施例１と同様である。
【００７４】
上記した監視カメラ１７は、その視野内にスラグタップ開口部４を見込むように設置されており、本実施例のように、スラグタップ開口部４が矩形の場合、スラグタップ開口部４の短辺部を監視すると良い。
【００７５】
これは、実施例１に示したように、ガス化部２内でできた溶融スラグは、ガス化部２の側壁からスラグタップ３の上面を伝ってスラグタップ開口部４に向かい、その多くが、側壁に近いスラグタップ開口部４の短辺部からクエンチ部５に落下するためである。
【００７６】
スラグタップ開口部４に閉塞のない定常時には、連続的に流下する溶融スラグを監視できるが、逆に、スラグタップ開口部４が閉塞傾向になった場合、スラグタップ開口部４に固化した付着スラグを目視できる。この場合、固化した付着スラグが、高温で輝度の高いガス化部２からの光を遮るため、監視カメラ１７の映像が暗くなる。
【００７７】
また、非接触温度計１８は、赤外式温度計や放射温度計などを用いると良い。これらの温度計は、雰囲気の輝度にも影響されるため、監視カメラ１７と同様に、スラグタップ開口部４を見込むように設置する。
【００７８】
スラグタップ３に閉塞のない定常時には、高温の高いガス化部２と溶融スラグの輝度の影響を受け、非接触温度計１８で計測した温度は、高温となる。しかし、スラグタップ３が閉塞した非定常時には、高温で輝度の高いガス化部２からの光が、固化した付着スラグで遮られて、非接触温度計１８で計測した温度が低下する。
【００７９】
以上より、実施例１に示したスラグタップ開口部４における閉塞兆候の検知に加えて、監視カメラ１７によるスラグタップ開口部４の直接監視、非接触温度計１８によるスラグタップ開口部４の直下からクエンチ部５の雰囲気温度の変化も用いることで、より精度良く、応答性も早く、スラグタップ開口部の閉塞兆候を検知できる。
【００８０】
ここで、上述のスラグタップ開口部４の周りの温度の低下、監視カメラ１７で溶融スラグの停滞や固化スラグの成長、非接触温度計１８でスラグタップ開口部４直下のクエンチ部５の雰囲気温度の低下により、スラグタップ開口部４の閉塞兆候を検知した場合、酸素・窒素含有ノズルからの酸素及び窒素、生成ガスノズルからの生成ガスの流量をそれぞれ増加させ、スラグタップ開口部４の加熱を強化する。
【００８１】
この加熱強化策でもスラグタップ閉塞兆候が改善されない場合は、前記ガス化部２に投入する酸素流量の増加、前記ガス化部２の負荷増加、起動バーナ１１の再点火の少なくとも１つ以上を実施することで、スラグタップ開口部４の完全閉塞を回避する。万が一、スラグタップ開口部４が完全閉塞すれば、内部の溶融スラグを排出できなくなるため、ガス化炉の運転継続は不可能となる。
【００８２】
尚、監視カメラ１７と非接触温度計１８の設置場所は、スラグタップ開口部４から離れたクエンチ部５の下部への設置が望ましい。これは、監視カメラ１７と非接触温度計１８への溶融スラグ付着を防ぎ、スラグタップ開口部４への視野を確保するためである。高温火炎と触れず、飛散した溶融スラグも固化する、という観点から、起動バーナ１１高さとスラグ冷却水槽６の水面高さの間に設置すると良い。
【００８３】
このような本実施例によれば、スラグタップ開口部における閉塞兆候の検知に、実施例１のようなガス化部底部からクエンチ部に設置した温度計に加え、クエンチ部内からスラグタップ開口部直下のスラグ流下画像を監視する監視カメラ、及び非接触温度計（赤外式温度計や放射温度計等）を設置することで、溶融スラグの流動状態やクエンチ部内の雰囲気温度も監視可能となる。これらの情報も活用することで、スラグタップ開口部における閉塞兆候の検知精度を高めることができる。
【００８４】
図８に、実施例２で説明したガス化炉を用いた石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）システムの一例を示す。
【００８５】
該図に示すＩＧＣＯシステムでは、ガス化炉１の上段バーナ７及び下段バーナ８からガス化部２内に投入された石炭４９、５１が、ガス化部２内で酸素と混合してガス化（部分燃焼）される。石炭中の可燃分は、ＣＯやＨ２を主成分とする生成ガスとなり、不燃分（灰分）は溶融スラグとなる。
【００８６】
ガス化炉１で発生した生成ガス１９は、ガス化炉１の頂部から下流に導出され、熱回収部２０にて３００〜４００℃程度に冷却され、脱塵部２１に供給される。脱塵部２１において、ガス化炉１で発生した生成ガス１９に同伴されたチャーの多くは回収される。回収されたチャーは、再びガス化部２に投入しても良い。
【００８７】
ガス化炉１で発生した生成ガス１９は、脱塵部２１の下流の熱交換器２２で冷却され、水洗塔２３でハロゲン系物質や微小なダスト分を除去され、更に脱硫塔２４で硫黄分を除去される。これらの精製過程を得て、発電用の生成ガス５６が得られる。
【００８８】
発電用の生成ガス５６は、脱硫塔２４の出口では１００℃以下であり、熱交換器２２で加熱されてガスタービン２７用の燃焼器２６の燃料となる。燃焼器２６において、発電用の生成ガス５６は、コンプレッサ２５で吸気した空気と燃焼し、高温の燃焼排ガスでガスタービン２７を駆動する。
【００８９】
ガスタービン２７を出た高温の燃焼排ガスは、排熱回収ボイラ２９での熱回収で冷却され、煙突３０から系外に排出される。排熱回収ボイラ２９で回収した熱は、蒸気タービン２８を駆動する。ガスタービン２７及び蒸気タービン２８の駆動エネルギーを用いて、発電機（図示せず）を駆動して発電することで、発電効率の高い石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）システムを提供できる。
【００９０】
なお、ここでは、発電用の生成ガス５６の一部を、前述の熱交換器２２で加熱する前段で、ガス化炉再投入用の生成ガス４２として分岐し、クエンチ部５の生成ガスノズル９に供給する例を示したが、ガス化炉再投入用の生成ガス４２は、熱交換器２２で加熱後に分岐しても構わない。
【００９１】
また、ガス化部２の上段バーナ７及び下段バーナ８、クエンチ部５の生成ガスノズル９と酸素・窒素含有ガスノズル１０及び起動バーナ１１に供給する酸素、窒素は、コンプレッサ２５で吸気した空気の一部を用いている。空気分離器３１への投入用の空気４１として分岐し、空気分離器３１で酸素、窒素を製造している。空気分離器３１では、深冷分離方式が多く用いられている。
【００９２】
次に、実施例２で説明したガス化炉のスラグタップ開口部における閉塞兆候の検知方法を用いた、石炭ガス化炉の運転方法について説明する。
【００９３】
ガス化部２には、上から上段バーナ７及び下段バーナ８が設置され、それぞれ石炭、石炭搬送用の窒素、酸素が供給される。上段バーナ７に供給される窒素は、上段バーナ用の窒素流量調整部５５で流量調整され、上段バーナ石炭ホッパ４８で上段バーナ石炭４９を同伴し、ガス化部２に搬送される。
【００９４】
尚、上段バーナ石炭ホッパ４８とガス化部２の圧力差を利用して、上段バーナ石炭４９を圧送する石炭搬送方式を採用する場合、上段バーナ用の窒素流量調整部５５で窒素流量を調整することで、石炭搬送流量も調整することができる。
【００９５】
上段バーナ石炭４９をガス化する酸素は、上段バーナ用の酸素流量調整部５４で流量調整され、上段バーナ７からガス化部２に供給される。
【００９６】
下段バーナ８から供給される石炭、窒素、酸素についても、それらの供給方法や流量調整方法は、上段バーナ７と同様である。即ち、下段バーナ８に供給される窒素は、下段バーナ８用の窒素流量調整部５３で流量調整され、下段バーナ石炭ホッパ５０で下段バーナ石炭５１を同伴し、ガス化部２に搬送される。下段バーナ８に供給される酸素は、下段バーナ８用の酸素流量調整部５２で流量調整され、下段バーナ８からガス化部２に供給される。
【００９７】
クエンチ部５には、上から生成ガスノズル９、酸素・窒素含有ガスノズル１０、起動バーナ１１が設置される。生成ガスノズル９に供給される生成ガスは、生成ガスノズル９供給用の生成ガス流量調整部４０で流量調整されて、対向する複数の生成ガスノズル９から均等に、クエンチ部５に供給される。
【００９８】
一方、酸素・窒素含有ガスノズル１０に供給される酸素及び窒素は、いずれも空気分離器３１で製造される。酸素は酸素・窒素ノズル供給用の酸素流量調整部３９で、窒素は酸素・窒素ノズル供給用の窒素流量調整部３８で、それぞれ流量調整されて、対向する複数の酸素・窒素含有ガスノズル１０から均等に、クエンチ部５に供給される。
【００９９】
酸素及び窒素を、酸素・窒素含有ガスノズル１０内、若しくはその上流で混合させて、クエンチ部５に供給する場合、酸素濃度は４０％程度とするのが望ましい。これは、酸素・窒素含有ガスノズル１０の近傍で着火すると、火炎温度が高くなって、酸素・窒素含有ガスノズル１０自体やクエンチ部５の側壁を焼損する恐れがあるが、これを防ぐためである。
【０１００】
また、ガス化炉１を長時間にわたって連続運転させるためには、炉内で石炭中の灰分を溶融スラグ化し、溶融スラグを閉塞させることなく安定に排出させる必要がある。
【０１０１】
そこで、実施例２に示したガス化炉１では、ガス化部２の底部、スラグタップ開口部４、クエンチ部５内のスラグタップ開口部４の直下を、高温化する必要があるが、一方で、この領域の耐火壁や金属壁の溶損や焼損も抑制しなければならない。よって、これら領域の温度は、炭種に応じて、それぞれ適正範囲がある。
【０１０２】
また、溶融スラグの安定排出には、スラグタップ開口部４からの溶融スラグの流下状況を監視し、溶融スラグ付着による閉塞兆候を速やかに検知し、スラグタップ開口部４を加熱することで、スラグタップ開口部４の閉塞を回避させる必要がある。
【０１０３】
従って、炉底側壁内部温度計器１６、スラグタップ内部温度計１５、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２、クエンチ部ガス温度計５７、生成ガスノズル９直下の側壁近傍の温度計１３、酸素・窒素含有ガスノズル１０直下の側壁近傍の温度計１４の温度データを制御装置３４に取り込み、これら温度を適正範囲に制御すべく、ガス化部２の上段バーナ７及び下段バーナ８に供給する石炭、窒素、酸素の流量、クエンチ部５に供給する酸素、窒素、生成ガスの流量をそれぞれ調整している。
【０１０４】
更に、スラグタップ３を挟んでガス化部２とクエンチ部５の差圧、クエンチ部５のスラグタップ直下の雰囲気温度をそれぞれ計測し、スラグタップ開口部の溶融スラグ流下状況を監視することで、溶融スラグの流下状況の監視手段を増やすことも、スラグタップ開口部４の速やかな閉塞検知に有効である。ガス化部２とクエンチ部５の差圧は、差圧測定器４７で、スラグタップ開口部４直下の雰囲気温度は、非接触温度計１８のデータをクエンチ部内温度演算装置４６で処理したデータ、スラグタップ開口部４からの溶融スラグ流下状況は、監視カメラ１７の画像をスラグ流下画像処理装置４５で処理したデータを、それぞれ用いる。これらデータは、制御装置３４に取り込んで、上記したガス化部２及びクエンチ部５の運転条件調整に役立てると良い。
【０１０５】
万が一、上記操作のみで不十分で、スラグタップ開口部４のさらなる加熱強化が必要な場合、起動バーナ１１を点火する。上記の温度を適正範囲に制御すべく、燃料流量は起動バーナ供給用の燃料流量調整部３５で、窒素流量は起動バーナ供給用の窒素流量調整部３６で、酸素流量は起動バーナ供給用の酸素流量調整部３７で、それぞれ調整される。
【０１０６】
また、本例では、ガス化炉１のスラグタップ開口部４からの溶融スラグの流下状況を監視する監視手段としては、以下のものを備えている。
【０１０７】
即ち、スラグタップ開口部４からスラグ冷却水槽６に落下した溶融スラグは、冷却されて固化し、粒状の水砕スラグとなるが、この水砕スラグは、スラグ冷却水槽６の底部に設置したスラグ回収バルブ４４を介して、ガス化炉１の系外に排出される。単位時間当たりのスラグ排出量は、ガス化炉１の系外に排出された水砕スラグをスラグ重量計測器４３で計測することによって測定する。そして、ガス化部２に投入した単位時間当たりの灰分の総重量に対して、スラグ重量計測器４３で計測したスラグ排出量の割合に変化が無いかを監視している。このため、スラグ重量計測器４３で計測したスラグ排出量も制御装置３４に取り込み、スラグタップ開口部４の閉塞監視に用いると良い。
【０１０８】
これは、スラグ重量計測器４３で計測したスラグ排出量が著しく減少した状態が継続すれば、ガス化部１内に溶融スラグが堆積しており、スラグタップ開口部４が閉塞する可能性が高いためである。
【０１０９】
炉底側壁内部温度計器１６、スラグタップ内部温度計１５、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２、クエンチ部ガス温度計５７、生成ガスノズル９直下の側壁近傍の温度計１３、酸素・窒素含有ガスノズル１０直下の側壁近傍の温度計１４、スラグタップ開口部４直下の非接触温度計１８で計測した温度データ、ガス化部２とクエンチ部５の差圧測定器４７の差圧データ、監視カメラ１７の画像データをスラグ流下画像処理装置４５で処理したスラグ流下状況、スラグ重量計測器４３で計測したスラグ排出量といった各データを制御装置３４に取り込み、一つ以上のデータでスラグタップ開口部４の閉塞兆候を検知した場合に、クエンチ部５に供給する生成ガス、又は酸素および窒素の流量を一時的に変化させ、この変化に対する各データの挙動監視を継続することで、スラグタップ開口部４の閉塞兆候を自動で監視できる。
【０１１０】
或いは、クエンチ部５に供給する生成ガス、又は酸素および窒素の流量を、制御装置３４において任意の周期で変化させ、この変化に対する各データの挙動を監視しても、スラグタップ開口部４の閉塞兆候を自動で監視できる。
【０１１１】
クエンチ部５に供給する生成ガス、又は酸素および窒素の流量を変化させる周期は、可変としておくと便利である。実際のプラントでは、スラグタップ開口部４の閉塞兆候が検知されない場合には前記の周期を長く、逆に何らかのデータでスラグタップ開口部４の閉塞兆候が検知された場合には前記の周期を短く設定して監視強化する、という運用が想定されるためである。
【０１１２】
本例によれば、簡単な構成でガス化炉のスラグタップの閉塞検知と再加熱を速やかに実施できるため、スラグタップ閉塞によるプラント停止を回避し、様々な炭種で信頼性の高いガス化炉を備えた石炭ガス化複合発電システムを提供できる。
【０１１３】
尚、本例では、炉底側壁内部温度計器１６、スラグタップ内部温度計１５、スラグタップ開口部４の直下近傍の温度計１２、クエンチ部ガス温度計５７、生成ガスノズル９直下の側壁近傍の温度計１３、酸素・窒素含有ガスノズル１０直下の側壁近傍の温度計１４に加え、クエンチ部５からスラグタップ開口部４を監視する監視カメラ１７、クエンチ部５からスラグタップ開口部４直下の雰囲気温度を計測する非接触温度計１８、ガス化部２とクエンチ部５の差圧を測定する差圧測定器４７、ガス化部２に投入した単位時間当たりの灰分の総重量に対して、スラグ排出量の割合に変化がないかを計測するスラグ重量計測器４３の全てを備えている例について説明した。しかし、これらのうちの少なくとも１つを備えていれば、効果が得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１１４】
１…ガス化炉、２…ガス化部、３…スラグタップ、４…スラグタップ開口部、５…クエンチ部、６…スラグ冷却水槽、７…上段バーナ、８…下段バーナ、９…生成ガスノズル、１０…酸素・窒素含有ガスノズル、１１…起動バーナ、１２…スラグタップ開口部の直下近傍の温度計、１３…生成ガスノズル直下の側壁近傍の温度計、１４…酸素・窒素ノズル直下の側壁近傍の温度計、１５…スラグタップ内部温度計、１６…炉底側壁内部温度計、１７…監視カメラ、１８…非接触温度計、１９…ガス化炉で発生した生成ガス、２０…熱回収部、２１…脱塵部、２２…熱交換器、２３…水洗塔、２４…脱硫塔、２５…コンプレッサ、２６…燃焼器、２７…ガスタービン、２８…蒸気タービン、２９…排熱回収ボイラ、３０…煙突、３１…空気分離器、３２…酸素、３３…窒素、３４…制御装置、３５…起動バーナ供給用の燃料流量調整部、３６…起動バーナ供給用の窒素流量調整部、３７…起動バーナ供給用の酸素流量調整部、３８…酸素・窒素ノズル供給用の窒素流量調整部、３９…酸素・窒素ノズル供給用の酸素流量調整部、４０…生成ガスノズル供給用の生成ガス流量調整部、４１…空気分離器投入用の空気、４２…ガス化炉再投入用の生成ガス、４３…スラグ重量計測器、４４…スラグ回収バルブ、４５…スラグ流下画像処理装置、４６…クエンチ部内温度演算装置、４７…差圧測定器、４８…上段バーナ石炭ホッパ、４９…上段バーナ石炭、５０…下段バーナ石炭ホッパ、５１…下段バーナ石炭、５２…下段バーナ用の酸素流量調整部、５３…下段バーナ用の窒素流量調整部、５４…上段バーナ用の酸素流量調整部、５５…上段バーナ用の窒素流量調整部、５６…発電用の生成ガス、５７…クエンチ部ガス温度計、１０１…クエンチ部に流入する生成ガス、１０２…ガス化部で発生する生成ガス、１０３…生成ガスノズルからの生成ガス、１０４…酸素・窒素ノズルからの酸素及び窒素を含む気体、１０５…クエンチ部の燃焼ガス、１０６…下段バーナから投入された石炭、石炭の搬送ガス、酸素。
【図１】
0005893956.tif 000002
【図２】
0005893956.tif 000003
【図３】
0005893956.tif 000004
【図４】
0005893956.tif 000005
【図５】
0005893956.tif 000006
【図６】
0005893956.tif 000007
【図７】
0005893956.tif 000008
【図８】
0005893956.tif 000009