(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス化炉から排出される溶融スラグを水中に流下させ、破砕した水冷スラグの安定排出を実現すること。【解決手段】石炭４１をガス化するガス化炉５の下部に水を貯留するクエンチ部１３を備え、ガス化炉５で石炭４１のガス化残渣を溶融させて溶融スラグ５９とし、この溶融スラグ５９をクエンチ部１３の水中に流下させて得られた水冷スラグを水中から分離するガス化炉５の運転方法において、水冷スラグに含まれる糸状スラグの生成割合を全水冷スラグの重量比率の設定割合以下にするべく、塩基性酸化物の少なくともＣａＯ，Ｆｅ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＭｎＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏの総重量比率を酸性酸化物のうち少なくともＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｐ２Ｏ５，ＴｉＯ２の総重量比率で除して求められる石炭４１の灰分の塩基度を０．２１以上にすること。前記石炭の灰分の塩基度が０．２１未満の場合、該石炭に塩基性酸化物を添加混合する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭をガス化するガス化炉の下部に水を貯留するクエンチ部を備え、前記ガス化炉で前記石炭のガス化残渣を溶融させて溶融スラグとし、この溶融スラグを前記クエンチ部の前記水中に流下させて得られた水冷スラグを水中から分離するガス化炉の運転方法において、
前記水冷スラグに含まれる糸状スラグの生成割合を全水冷スラグの重量比率の設定割合以下にするべく、下記式により求められる前記石炭の灰分の塩基度を０．２１以上にすることを特徴とするガス化炉の運転方法。
塩基度（ｗｔ％／ｗｔ％）＝塩基性酸化物の少なくともＣａＯ，Ｆｅ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＭｎＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏの総重量比率（ｗｔ％）／酸性酸化物のうち少なくともＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｐ２Ｏ５，ＴｉＯ２の総重量比率（ｗｔ％）
【請求項２】
前記石炭の灰分の塩基度が０．２１未満の場合、該石炭に塩基性酸化物を混合して混合後の混合粉の灰分の塩基度を０．２１以上に調整し、該混合粉を前記ガス化炉へ投入することを特徴とする請求項１に記載のガス化炉の運転方法。
【請求項３】
前記石炭の灰分の塩基度が０．２１未満の場合、該石炭に調整用石炭を混合して混合後の混合炭の灰分の塩基度を０．２１以上に調整し、該混合炭を前記ガス化炉へ投入することを特徴とする請求項１に記載のガス化炉の運転方法。
【請求項４】
前記石炭の灰分のＣａＯ濃度を６ｗｔ％以上にすることを特徴とする請求項１に記載のガス化炉の運転方法。
【請求項５】
前記石炭の灰分のＣａＯ濃度が６ｗｔ％未満の場合、この石炭にカルシウム化合物を混合して混合後の混合粉の灰分のＣａＯ濃度を６ｗｔ％以上に調整し、該混合粉を前記ガス化炉へ投入することを特徴とする請求項４に記載のガス化炉の運転方法。
【請求項６】
前記石炭の灰分のＣａＯ濃度が６ｗｔ％未満の場合、この石炭に調整用石炭を混合して混合後の混合炭の灰分のＣａＯ濃度を６ｗｔ％以上に調整し、該混合炭を前記ガス化炉へ投入することを特徴とする請求項４に記載のガス化炉の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化炉の運転方法に係わり、特に石炭のガス化炉から排出された溶融スラグを水中に流下させて破砕し、この破砕した水冷スラグを水中から分離するガス化炉の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭をガス化するガス化炉は、微粉砕された石炭をこの石炭に含まれる灰分の溶融温度以上に保持された高温の炉内に酸素や空気などの酸化剤とともに供給し、可燃分を一酸化炭素と水素を主成分とするガスに変換し、灰分を溶融スラグに変換するものである。
【０００３】
この種のガス化炉は、圧力容器内に下方からクエンチ部、ガス化部、及び熱回収部を備えている。ガス化部には、バーナを介して酸化剤と微粉炭が供給され、灰分の溶融温度以上の炉内温度が維持される。したがって、石炭中の灰分はガス化部で溶融スラグとなり、ガス化部の炉壁に伝って流れ落ち、ガス化部の底部に開口するスラグタップを通ってクエンチ部へ流下する。クエンチ部には水が貯められており、水中に落下した溶融スラグは急冷されて水冷スラグとなる。この水冷スラグは、水中で熱衝撃を受けて破砕されることにより数ミリ程度の粒状物となる。以下、この溶融スラグを水中で破砕する操作を水砕といい、この水砕で得られた数ミリ程度の水冷スラグの粒状物を水砕スラグという。水中の水砕スラグは水とともにクエンチ部から抜き出され、所定の粒径に粉砕されて回収される。
【０００４】
ところで、この種のガス化炉を安定に運転させるためには、溶融スラグを水砕スラグに確実に変換することが重要である。この点、ガス化部に溶融スラグが滞留したり、スラグタップに溶融スラグが付着するなどして、溶融スラグの排出が妨げられると、ガス化炉の運転を停止せざるをえなくなる。
【０００５】
特許文献１では、スラグタップが溶融スラグによって閉塞するのを防止するため、スラグタップの近傍を補助バーナで加熱し、スラグタップを通過する溶融スラグの流動性を高める技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２では、使用する石炭の灰分中のＣａＯ濃度に応じて、この石炭にカルシウム化合物を混合し、溶融スラグのＣａＯ濃度を所定の範囲に調整することにより、溶融スラグの流動状態を安定化する技術が開示されている。
【０００７】
しかし、溶融スラグの中には、その一部が水中で破砕されずにスラグ同士が絡み合う性質をもつ糸状の水冷スラグ（以下、適宜、糸状スラグという。）に変換されることがある。この種の水冷スラグは、例えばクエンチ部から排出される際にスラグ排出系統のライン分岐部などで絡み合い、排出ラインを閉塞させるおそれがあり、水冷スラグの安定排出を妨げる原因となる。この水冷スラグの糸状化は、特許文献１や特許文献２の技術によって溶融スラグの流動性を高めても発生することがある。
【０００８】
特許文献３には、水冷スラグによるスラグ排出系統の詰まりを防ぐため、溶融スラグの塩基度（ＣａＯをＳｉＯ２で除して求められる重量比）が０．３〜１．２の範囲となるように、原炭に調整剤を添加することが記載されている。これによれば、糸状スラグの生成割合を低減できるから、スラグ排出系統における水冷スラグの詰まりを抑制できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３９２４２２４号公報
【特許文献２】特開２００５−１２６６２９号公報
【特許文献３】特開２０１２−１９３２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献３では、溶融スラグが流下するときの形態や水冷スラグの形態をＣａＯとＳｉＯ２の２種の酸化物の塩基度で評価している。しかし、石炭の灰分には、ＣａＯやＳｉＯ２の他、Ａｌ２Ｏ３，Ｆｅ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＭｎＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＴｉＯ２，Ｐ２０など多くの酸化物が含まれており、ＣａＯとＳｉＯ２の２種の酸化物から求められる塩基度が同じ石炭でも、水砕スラグの大部分が粒状化する場合と比較的多くの糸状スラグが発生する場合がある。
【００１１】
すなわち、溶融スラグは、ＣａＯとＳｉＯ２以外の他の酸化物の組成や含有率によって、水砕スラグの形態が変動することから、特許文献３の方法で溶融スラグの塩基度を求め、水砕スラグの形態を評価したとしても、水冷スラグの安定した排出を実現することには難がある。
【００１２】
本発明の課題は、水冷スラグの形態をより正確に評価することにより、水冷スラグの安定排出を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、溶融スラグの流下・水冷試験を実験室規模の試験装置を用いて実施した。溶融スラグの流下・水冷試験方法は、試料（石炭の灰化試料やスラグ）を溶融温度以上に加熱して溶融スラグとし、この溶融スラグをガス化炉のクエンチ部を模擬した水槽へ落下させて急冷し、そのときの溶融スラグの流下状況と水槽内の水冷スラグの外観を観察することにより行った。試料としては、灰溶融温度が高い石炭と灰溶融温度が低い石炭を使用し、灰溶融温度が高い石炭は、灰溶融温度が低い石炭よりも高い温度に加熱して溶融させた。その結果、いずれの石炭の場合も、図１（ｃ）のように水砕されて粒状化した水冷スラグ（水砕スラグ）と、図１（ａ）、（ｂ）のように水砕されずに糸状化した水冷スラグ（以下、糸状スラグと略す。）の両方が確認された。
【００１４】
この結果から、本発明者らは、水冷スラグが粒状化するか糸状化するかは、溶融スラグの温度や流動性の他に要因があると推測した。石炭の灰分には、ＳｉＯ２，Ａl２Ｏ３，ＣａＯなど各種酸化物が含まれている。本発明者らはこれらの灰分を構成する酸化物に着目し、水冷スラグの糸状化と灰組成との関連について検討を行った。具体的には、灰分中の各種酸化物の組成を変えた試料を複数作製し、それぞれの試料について、実験室規模の試験装置で溶融スラグの流下・水冷試験を行って糸状スラグの生成割合を調査した。糸状スラグの生成割合は、水冷スラグを水槽から回収・乾燥した後、ある目開きの篩にかけ、水冷スラグ全量に対する篩上の重量割合とした。
【００１５】
こうして糸状スラグの生成割合と灰組成との関連を評価した結果、石炭の灰分のＣａＯ濃度や式（１）に示す灰分の塩基度（以下、単に塩基度という。）を用いて糸状スラグの生成割合を整理すれば、水冷スラグの粒状化と糸状化の傾向を明確に区別できることがわかった。また、灰分の塩基度やＣａＯ濃度のほか、式（１）の分子に示す各酸化物の濃度、ＣａＯ／ＳｉＯ２、灰分のＳｉＯ２濃度、灰分のＡl２Ｏ３濃度などについても同様に評価したが、灰分の塩基度やＣａＯ濃度で整理する方が、溶融スラグの糸状化の傾向を良好に表すことができた。
塩基度＝塩基性酸化物のうち少なくともＣａＯ，Ｆｅ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＭｎＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏの総重量比率（ｗｔ％）／酸性酸化物のうち少なくともＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｐ２Ｏ５，ＴｉＯ２の総重量比率（ｗｔ％）・・・・（１）
【００１６】
次に、本発明者らは、この試験結果から石炭の灰分の塩基度やＣａＯ濃度を水冷スラグの粒状化又は糸状化の指標に用いることができるか否かを検討した。図２は、糸状スラグの全スラグに対する生成割合（ｗｔ％）と石炭の灰分の塩基度（ｗｔ％／ｗｔ％）との関係を示し、図３は、糸状スラグの全スラグに対する生成割合（ｗｔ％）と石炭の灰分のＣａＯ濃度（ｗｔ％）との関係を示す。図２、３に示すように、灰分の塩基度やＣａＯ濃度が高くなると糸状スラグの生成割合が急激に減少する。そして、灰分の塩基度やＣａＯ濃度が異なる溶融スラグをガス化炉からクエンチ水に流下させ、糸状スラグの生成割合が異なる水冷スラグを発生させ、それぞれの水冷スラグの排出状況を確認したところ、水冷スラグに対する糸状スラグの生成割合が１０ｗｔ％を境に水冷スラグの糸状化と粒状化（水砕）の傾向を明確に区別することができ、糸状スラグの生成割合が１０ｗｔ％以下であれば、水冷スラグの排出が安定することが確認された。
【００１７】
したがって、水冷スラグの排出を安定させるための基準として、糸状スラグの生成割合を１０ｗｔ％以下に設定した。これにより、図２から石炭の灰分の塩基度は０．２１が目安となり、図３から石炭の灰分のＣａＯ濃度は６ｗｔ％が目安となる。つまり、ガス化炉に供給する石炭の灰分の塩基度が０．２１以上であれば、その石炭の全水冷スラグに対する糸状スラグの生成割合を低く抑えることができ、スラグの安定排出が可能となる。そして、塩基度が０．２１以上であることに加え、石炭の灰中のＣａＯ濃度が６ｗｔ％以上であれば、石炭の全水冷スラグに対する糸状スラグの生成割合を１０ｗｔ％以下の範囲でさらに安定させることができ、水冷スラグの安定排出をより確実に実現することができる。
【００１８】
以上の結果を踏まえ、本発明では、上記課題を解決するため、石炭をガス化するガス化炉の下部に水を貯留するクエンチ部を備え、ガス化炉で石炭のガス化残渣を溶融させて溶融スラグとし、この溶融スラグをクエンチ部の水中に流下させて得られた水冷スラグを水中から分離するガス化炉の運転方法において、水冷スラグに含まれる糸状スラグの生成割合を全水冷スラグの重量比率の設定割合以下にするべく、下記式により求められる石炭の灰分の塩基度を０．２１以上にすることを特徴とする。
【００１９】
これによれば、水冷スラグに含まれる糸状スラグの生成割合を１０ｗｔ％以下に抑えることができるから、水冷スラグの安定した排出が可能となり、ガス化炉の安定した運転を実現できる。
【００２０】
この場合において、石炭の灰分の塩基度が０．２１未満の場合には、この石炭に塩基性酸化物を混合して混合後の混合粉の灰分の塩基度を０．２１以上に調整し、この調整された混合粉をガス化炉へ投入するようにする。
【００２１】
このように、石炭に塩基性酸化物を混合して調製された混合粉をガス化炉へ投入することにより、塩基度が０．２１以上の石炭をガス化炉へ投入するときと同様の効果を得ることができる。なお、塩基性酸化物としては、式（１）の分子の各酸化物のほか、炭酸カルシウムを用いることができる。
【００２２】
また、塩基性酸化物に代えて、調整用石炭を用いることができる。すなわち、石炭の灰分の塩基度が０．２１未満のときは、塩基度が０．２１以上の調整用石炭を混合して混合後の混合炭の塩基度を０．２１以上に調整する。このようにして調整された混合炭をガス化炉へ投入しても、灰分の塩基度が０．２１以上の石炭をガス化炉へ投入したときと同様の効果を得ることができる。
【００２３】
また、石炭の灰分の塩基度を０．２１以上にすることに加え、石炭の灰分のＣａＯ濃度を６ｗｔ％以上にすることで、糸状スラグの生成割合を１０ｗｔ％以下の範囲で安定させることができ、水砕スラグをより確実に安定排出することができる。ここで、石炭の灰分のＣａＯ濃度が６ｗｔ％未満の場合は、この石炭に炭酸カルシウムや水酸化カルシウムといったカルシウム化合物を混合して混合粉とし、或いは、石炭に調整用石炭を混合して混合炭とすることで、混合粉や混合炭の灰分のＣａＯ濃度を６ｗｔ％以上にそれぞれ調整する。このようにして調整された混合粉や混合炭をガス化炉へ投入しても、灰分の塩基度が０．２１以上であり、かつ、ＣａＯ濃度が６ｗｔ％以上の石炭をガス化炉へ投入した場合と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、水冷スラグの形態をより正確に評価することができるから、水冷スラグの安定排出を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】水冷スラグの形態を示す図であり、（ａ）と（ｂ）は糸状スラグ、（ｃ）は水砕スラグを表している。
【図２】石炭の灰分の塩基度（ｗｔ％／ｗｔ％）と水砕スラグに対する糸状スラグの生成割合（ｗｔ％）との関係を示す図である。
【図３】石炭の灰中のＣａＯ濃度（ｗｔ％）と水冷スラグに対する糸状スラグの生成割合（ｗｔ％）との関係を示す図である。
【図４】本発明の第１及び第３の実施形態に適用される石炭ガス化装置の概略系統図である。
【図５】溶融スラグが水砕スラグに変換される様子を説明する図である。
【図６】本発明の第１及び第２の実施形態に適用されるガス化炉の運転方法の運用手順を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第２及び第４の実施形態に適用される石炭ガス化装置の概略系統図である。
【図８】本発明の第２及び第４の実施形態に適用されるガス化炉の運転方法の運用手順を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
以下、本発明の石炭のガス化炉の運転方法を適用してなる第１の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２７】
図４に本発明のガス化炉の運転方法を実施するに好適な石炭ガス化装置の概略系統図を示す。この石炭ガス化装置は、微粉炭バーナ１ａ，１ｂ及びチャーバーナ３ａ，３ｂを備えてなるガス化炉５と、微粉炭供給装置７と、酸化物供給装置９を備えて構成される。
【００２８】
ガス化炉５は、軸線を上下方向に向けて配置された圧力容器１１を炉の本体とし、圧力容器１１内に下方から順に、クエンチ部１３、ガス化部１５及び熱回収部１７を備える。微粉炭バーナ１ａ，１ｂ及びチャーバーナ３ａ，３ｂは、いずれもガス化部１５に設けられ、噴出し方向がガス化部１５の仮想円径と接するように配置されている。この配置により、微粉炭バーナ１ａ，１ｂ及びチャーバーナ３ａ，３ｂから噴出される微粉炭及びチャーが、ガス化部１５内で旋回流を形成するようになっている。
【００２９】
クエンチ部１３とその上方に配置されるガス化部１５との間には、ガス化部１５の底部とクエンチ部１３の頂部にそれぞれ開口するスラグタップ１９が設けられている。クエンチ部１３の底部にはスラグ排出ライン２１が接続され、クエンチ部１３の内部にはクエンチ水２３が貯留されている。スラグ排出ライン２１には、上流側から順に、クラッシャ２５、スラグ排出弁２７が配設されている。クエンチ部１３のクエンチ水２３の水面よりも上の壁面には、スラグタップ１９の近傍を加熱するための補助バーナ２９が設けられている。
【００３０】
なお、図４では、クエンチ部１３をガス化炉５の圧力容器１１内に設ける構成となっているが、圧力容器１１から分離した圧力容器１１の下方であって、ガス化炉の下部に設けられていてもよい。また、クラッシャ２５は、クエンチ部１３に貯留されているクエンチ水２３中の下方に設けられていてもよい。
【００３１】
圧力容器１１の頂部にはガス排出ライン３１が接続されている。このガス排出ライン３１には、図示しない除塵装置、水洗塔及び脱硫装置などのガス精製設備が接続されている。
【００３２】
微粉炭供給装置７は、石炭粉砕機３３、微粉炭ホッパ３５、回転供給器３６、分配器３７を備えて構成される。石炭粉砕機３３、微粉炭ホッパ３５、回転供給器３６及び分配器３７は、互いに微粉炭供給ライン３９を介して接続され、この微粉炭供給ライン３９は微粉炭バーナ１ａ，１ｂとそれぞれ接続されている。石炭粉砕機３３には、石炭４１と空気４３が供給される。石炭粉砕機３３に供給された石炭４１は、微粉炭に粉砕された後、微粉炭供給ライン３９を介して微粉炭ホッパ３５へ気流搬送されて一時貯留される。微粉炭ホッパ３５から回転供給器３６で切り出された微粉炭は、供給された窒素４５に同伴されて、分配器３７を経由して微粉炭供給ライン３９を通り、微粉炭バーナ１ａ，１ｂへ気流搬送される。
【００３３】
酸化物供給装置９は、酸化物ホッパ４７、回転供給器４８、分配器４９を備えて構成される。酸化物ホッパ４７、回転供給器４８及び分配器４９は、互いに酸化物供給ライン５１を介して接続され、この酸化物供給ライン５１の一端は、微粉炭供給ライン３９と接続されている。酸化物ホッパ４７には、粉状の塩基性酸化物が貯留されている。酸化物ホッパ４７から回転供給器４８で切り出された塩基性酸化物は、供給された窒素５３に同伴されて、分配器４９を経由して酸化物供給ライン５１を通り、微粉炭供給ライン３９へ気流搬送される。これにより、微粉炭バーナ１ａ，１ｂには、微粉炭供給ライン３９を通じて微粉炭と酸化物とが混合された混合粉が供給されるようになっている。また、微粉炭バーナ１ａ，１ｂには、微粉炭供給ライン３９と別の供給ラインから酸化剤として酸素５５が供給されるようになっている。
【００３４】
次に、このようにして構成される石炭ガス化装置の微粉炭供給装置７とガス化炉５の基本的な運用方法について説明する。
【００３５】
微粉炭供給ライン３９を通じて微粉炭バーナ１ａ，１ｂに供給された石炭４１の微粉炭は、酸素５５とともに高温のガス化部１５内へ噴き込まれる。ガス化部１５内へ噴き込まれた微粉炭と酸素５５は、ガス化部１５内で旋回流を形成し、ガス化のための反応時間が確保される。ガス化部１５内は、微粉炭の灰分の溶融温度以上の炉内温度が維持されている。
【００３６】
ガス化部１５では、炉内に投入された微粉炭の可燃分が一酸化炭素と水素を主成分とするガスに変換される。ここで生成された生成ガスは、ガス化部１５の上方に設けられた熱回収部１７を通ってガス排出ライン３１より炉外へ排出される。炉外へ排出された生成ガスは、脱塵、脱硫などの処理が施された後、発電設備の燃料として使用される。生成ガス中のチャー５７は図示しないサイクロンやチャーフィルタにより捕集され、チャーバーナ３ａ，３ｂを通じて再度炉内へ戻される。
【００３７】
一方、炉内に投入された微粉炭の灰分は、溶融スラグ５９となり、ガス化部１５の炉壁を伝って流れ、スラグタップ１９を通ってクエンチ部１３へ流下する。クエンチ部１３へ流下した溶融スラグ５９は、図５に示すように、クエンチ水２３中に落下して水冷スラグ６１となる。この水冷スラグ６１は、スラグ排出弁２７が開放されることでスラグ排出ライン２１を通じてクエンチ水２３とともに炉外へ抜き出される。炉外へ抜き出された水冷スラグ６１は、クラッシャ２５で所定の粒径に粉砕された後、石炭ガス化装置から排出される。
【００３８】
次に、酸化物供給装置９の運用方法について説明する。まず、水冷スラグ６１は、図２に示すように、石炭４１の灰分の塩基度（ｗｔ％／ｗｔ％）に応じて、水冷スラグ６１に含まれる糸状スラグの生成割合（ｗｔ％）が変化する。すなわち、石炭４１の灰分の塩基度が低下すると、図１（ａ）に示す環様の糸状スラグや、図１（ｂ）に示す針様の糸状スラグの生成割合が急激に高くなる。この水冷スラグは、糸状スラグの生成割合が１０ｗｔ％を境に糸状化と粒状化とに傾向が分かれ、糸状スラグの生成割合が１０ｗｔ％以下であれば、水冷スラグの排出が安定することがわかっている。
【００３９】
このため、本実施形態では、水冷スラグ６１を安定して排出するための基準として、糸状スラグの生成割合を１０ｗｔ％以下に設定する。これにより、図２によれば、ガス化炉５へ供給する石炭４１の灰分の塩基度をしきい値として、水冷スラグの形状を事前に判断することが可能になる。すなわち、石炭４１の灰の塩基度が６ｗｔ％以上であれば、その石炭の水冷スラグ６１の多くが粒状の水砕スラグとなり、水砕スラグの性質が強くなるため、スラグの安定した排出が可能となる。一方、石炭４１の灰中のＣａＯ濃度が６ｗｔ％未満であれば、その石炭の水冷スラグ６１は水砕されずに多くが糸状スラグとなり、糸状スラグの性質が強くなるため、互いに絡み合ってスラグ排出ライン２１などの分岐部や狭間部を閉塞させる原因となり、スラグの安定した排出ができなくなる。
【００４０】
そこで、本実施形態では、石炭４１をガス化炉５へ投入する前に、この石炭４１の灰分の塩基度を確認する。ここで、灰分の塩基度とは、塩基性酸化物のうち少なくともＣａＯ，Ｆｅ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＭｎＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏの総重量比率（ｗｔ％）を酸性酸化物のうち少なくともＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｐ２Ｏ５，ＴｉＯ２の総重量比率（ｗｔ％）で除した値である。
【００４１】
図６に石炭４１の灰分の塩基度の確認・調整方法の一例を示す。まず、ステップＳ１では、ガス化炉へ供試する石炭を受け入れた際か、石炭選定の計画段階のどちらかで石炭の灰分の組成を分析する。分析された石炭の灰組成分析の結果が出ると、続くステップＳ２では、石炭中の灰分の塩基度が０．２１以上であるか否かを評価する。その結果、灰の塩基度が０．２１以上であれば、ステップＳ３にて、石炭の灰分のＣａＯ濃度を調整する必要がないと判断され、石炭は添加物を加えることなく、原料炭として使用される。
【００４２】
一方、灰分の塩基度が０．２１未満であれば、スラップＳ４に移行し、石炭の灰分の塩基度を調整するため、塩基性酸化物又は別途用意した調整用石炭のどちらかの添加物が選択される。本実施形態は、塩基性酸化物を選択した場合に適用される。塩基性酸化物が選択されると、ステップＳ５に進み、所定量の塩基性酸化物が石炭に混ぜられる。塩基性酸化物には、式（１）の分子のいずれかの酸化物（例えばＦｅ２Ｏ３又はＭｇＯ）の他、炭酸カルシウムなどのカルシウム化合物を用いることができる。
【００４３】
続いて、ステップＳ６では、こうして石炭と塩基性酸化物が混合された混合粉の灰分の塩基度が分析される。その結果、灰分の塩基度が０．２１以上であれば、ステップＳ３に移行し、この混合粉が原料炭としてガス化炉へ供給され、灰分の塩基度が０．２１未満であれば、灰分の塩基度が０．２１以上になるまで塩基性酸化物による調整が繰り返される。
【００４４】
本実施形態では、図４において、微粉炭供給装置７に供給される石炭４１の灰分の塩基度を分析し、灰分の塩基度が０．２１未満であれば、酸化物供給装置９より石炭４１に塩基性酸化物が混合される。塩基性酸化物は、酸化物供給ライン５１を通じて、微粉炭が搬送される微粉炭供給ライン３９に導入され、微粉炭と混合されて混合粉となる。塩基性酸化物は、この混合粉の灰分の塩基度が０．２１以上になるように供給され、例えば石炭４１の灰分の塩基度、石炭４１の灰分の目標とする塩基度及び石炭４１の供給量などに基づいて供給量が設定される。微粉炭供給装置７による石炭４１の供給量と酸化物供給装置９による塩基性酸化物の供給量は、設定された供給量に応じて回転供給器３６，４８の回転数を図示しない制御装置などで制御することにより調製される。
【００４５】
このように石炭４１の灰分の塩基度が０．２１以上に調製された混合粉をガス化炉５へ投入することによって、溶融スラグ５９の大部分はクエンチ部１３のクエンチ水２３中で破砕され、水冷スラグ６１のほとんどが粒状の水砕スラグとなる。つまり、糸状スラグの生成割合は、水冷スラグ全体の１０ｗｔ％以下に抑制される。
【００４６】
本実施形態によれば、石炭４１の灰分の塩基度が０．２１未満であっても、この石炭４１に塩基性酸化物を混合することによって、常にガス化炉５には塩基度が０．２１以上に調製された混合粉が供給される。したがって、このようにガス化炉５の運転を行うことで、全水冷スラグに対する糸状スラグの生成割合を１０ｗｔ％以下に抑制することができ、水冷スラグが継続的に排出可能になるから、ガス化炉の連続運転を達成することができ、ガス化装置の信頼性を向上させることができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、本発明のガス化炉の運転方法を適用してなる第２の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図７に本実施形態の石炭ガス化装置の概略構成を示す。この石炭ガス化装置は、図４の酸化物供給装置９が調整用石炭供給装置６３となっている点で、第１の実施形態と相違する。なお、本実施形態は、第１の実施形態と異なる点について説明し、第１の実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００４８】
本実施形態の石炭ガス化装置は、ガス化炉５と、微粉炭供給装置７と、調製用石炭供給装置６３を備えて構成される。調整用石炭供給装置６３は、石炭粉砕機６５、微粉炭ホッパ６７、回転供給器６８、分配器６９を備えて構成される。石炭粉砕機６５、微粉炭ホッパ６７、回転供給器６８及び分配器６９は、互いに微粉炭供給ライン７１を介して接続され、微粉炭供給ライン７１は、微粉炭供給ライン３９と接続されている。
【００４９】
石炭粉砕機６５には、調整用石炭７３と空気７５が供給される。石炭粉砕機６５で所定の大きさに粉砕された微粉炭は、微粉炭供給ライン７１を介して微粉炭ホッパ６７へ気流搬送されて一時貯留される。
【００５０】
本実施形態は、図６のステップＳ４において、塩基性酸化物を選択した場合に適用される。ステップＳ４において、塩基性酸化物が選択されると、ステップＳ７に進み、所定量の調整用石炭が石炭に混ぜられる。調製用石炭には、塩基度が０．２１以上の石炭が用いられる。続いて、ステップＳ８では、こうして石炭と調製用石炭が混合された混合粉の灰分の塩基度が分析される。その結果、灰分の塩基度が０．２１以上であれば、ステップＳ３に移行し、この混合炭がガス化炉５へ供給され、灰分の塩基度が０．２１未満であれば、灰分の塩基度が０．２１以上になるまで調製用石炭による調整が繰り返される。なお、調製用石炭は、塩基度の調整がなされる石炭と同種の炭種であっても良いし、別種の炭種であっても良い。
【００５１】
図７において、微粉炭供給装置７に供給される石炭４１の灰分の塩基度を分析し、灰分の塩基度が０．２１未満であれば、調製用石炭供給装置６３より石炭４１に調製用石炭７３が混合される。調製用石炭７３は、微粉炭供給ライン７１を通じて微粉炭供給ライン３９に導入され、石炭４１と混合されて混合炭となる。調製用石炭７３は、この混合炭の灰分の塩基度が０．２１以上になるように供給され、例えば石炭４１の灰分の塩基度、調製用石炭７３の灰分の塩基度、石炭４１の灰分の目標とする塩基度及び石炭４１の供給量などに基づいて、供給量が設定される。微粉炭供給装置７による石炭４１の供給量と調製用石炭供給装置６３による調整用石炭７３の供給量は、設定された供給量に応じて回転供給器３６，６８の回転数を図示しない制御装置などで制御することで調製される。
【００５２】
本実施形態によれば、石炭４１の灰分の塩基度が０．２１未満であっても、この石炭４１に調整用石炭７３を混合することによって、常にガス化炉５には塩基度が０．２１以上に調製された混合炭が供給される。したがって、このようにガス化炉５の運転を行うことで、実施例１と同様、全水冷スラグに対する糸状スラグの生成割合を１０ｗｔ％以下に抑制することができ、水冷スラグが継続的に排出可能になるから、ガス化炉の連続運転を達成することができ、ガス化装置の信頼性を向上させることができる。
【００５３】
なお、第１及び第２の実施形態では、ガス化炉に投入する混合粉や混合炭の灰分の塩基度を０．２１以上に調整する例を説明したが、（１）式の分子に示す塩基性酸化物を多くしすぎると、灰の溶融温度が上昇することがある。この場合、石炭のガス化や溶融スラグの流動性を上げるために炉内温度を非常に高い温度にしなければならなくなる。そのため、設備寿命や設備保全などの観点から、灰分の塩基度は、０．２１以上１．３以下の範囲に調製することが好ましい。
【００５４】
（第３の実施形態）
次に、本発明のガス化炉の運転方法を適用してなる第３の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。本実施形態は、図４の石炭ガス化装置を用いる点で、第１の実施形態と共通するが、ガス化炉５に供給する石炭４１の灰分の塩基度に加え、石炭４１の灰分のＣａＯ濃度を調整している点で、第１の実施形態と相違する。なお、本実施形態は、第１の実施形態と異なる点についてだけ説明し、第１の実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００５５】
図８に本実施形態の石炭４１の確認・調整方法を示す。まず、ステップＳ１１では、ガス化炉５へ供試する石炭を受け入れた際か、石炭選定の計画段階のどちらかで灰分の組成を分析する。分析された石炭の組成分析の結果が出ると、続くステップＳ１２では、石炭の灰分の塩基度及び該灰分のＣａＯ濃度を評価する。その結果、塩基度が０．２１以上で、かつ、ＣａＯ濃度が６ｗｔ％以上であれば、ステップＳ１３に進み、石炭は添加物を加えることなく、原料炭として使用される。
【００５６】
一方、塩基度が０．２１以上で、かつ、ＣａＯ濃度が６ｗｔ％以上の条件を満たさないときは、ステップＳ１４に移行し、炭酸カルシウム又は別途用意した調製用石炭のどちらかの添加物が選択される。本実施形態は、炭酸カルシウムが選択された場合に適用される。炭酸カルシウムが選択されると、ステップＳ１５に進み、塩基度及びＣａＯ濃度の条件を満たすように、所定量の炭酸カルシウムが石炭に混ぜられる。
【００５７】
続くステップＳ１６では、石炭と炭酸カルシウムが混合された混合粉の灰分の塩基度とＣａＯ濃度が分析される。その結果、塩基度が０．２１以上で、かつ、ＣａＯ濃度が６ｗｔ％以上の条件を満たしていれば、ステップＳ１３に移行し、石炭４１と炭酸カルシウムの混合粉が原料炭としてガス化炉に供給される。一方、塩基度が０．２１以上で、かつ、ＣａＯ濃度が６ｗｔ％以上の条件を満たさないときは、この条件を満たすまで調整が繰り返される。
【００５８】
本実施形態では、図４の石炭ガス化装置において、酸化物供給装置９の酸化物ホッパ４７に、塩基性酸化物に代えて、炭酸カルシウムが貯留される。そして、石炭４１の灰分の塩基度が０．２１以上で、かつ、ＣａＯ濃度が６ｗｔ％以上の条件を満たしていないときは、酸化物供給装置９より供給された炭酸カルシウムが石炭４１と混合される。炭酸カルシウムの供給量は、石炭４１と混合した後の混合粉の灰分の塩基度が０．２１で、かつ、ＣａＯ濃度が６ｗｔ％以上となるように設定される。微粉炭供給装置７による石炭４１の供給量と酸化物供給装置９による調整用石炭７３の供給量は、第１の実施形態と同様、設定された供給量に応じて回転供給器３６，４８の回転数を制御することにより調整される。
【００５９】
本実施形態によれば、石炭４１の灰分の塩基度が０．２１以上で、ＣａＯ濃度が６ｗｔ％以上の条件を満たしていなくても、石炭４１に炭酸カルシウムを混合することによって、常にガス化炉５には灰分の塩基度が０．２１で、かつ、ＣａＯ濃度が６ｗｔ％以上に調製された混合粉が供給される。このようにガス化炉５の運転を行うことにより、第１の実施形態と比べて、全水冷スラグに対する糸状スラグの生成割合を１０ｗｔ％以下の低い状態でより安定させることができるから、水砕スラグの排出を一層安定させることができ、ガス化炉の連続運転を達成し、ガス化装置の信頼性を向上させることができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、石炭４１の灰分の塩基度やＣａＯ濃度を調整する添加剤として炭酸カルシウムを用いる例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、水酸化カルシウムやＣａＯを含む物質といった他のカルシウム化合物を使用してもよい。
【００６１】
（第４の実施形態）
次に、本発明のガス化炉の運転方法を適用してなる第４の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。本実施形態は、図７の石炭ガス化装置を用いている点で、第２の実施形態と共通するが、ガス化炉に供給する石炭４１の灰分の塩基度に加え、石炭４１の灰分のＣａＯ濃度を調整している点で、第２の実施形態と相違する。なお、本実施形態は、第２の実施形態と異なる点についてだけ説明し、第２の実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００６２】
本実施形態は、図８のステップＳ１４で調整用石炭が選択された場合に適用される。すなわち、石炭４１の灰分の塩基度が０．２１以上で、かつ、ＣａＯ濃度が６ｗｔ％以上の条件を満たしていないときは、図８において、調製用石炭供給装置６３より供給された調製用石炭７３が石炭４１と混合される。調整用石炭７３の供給量は、石炭４１と混合した後の混合炭の灰分の塩基度が０．２１以上で、かつ、ＣａＯ濃度が６ｗｔ％以上となるように設定される。
【００６３】
本実施形態によれば、石炭４１の灰分の塩基度が０．２１以上で、ＣａＯ濃度が６ｗｔ％以上の条件を満たしていなくても、この石炭４１に調整用石炭７３を混合することによって、常にガス化炉５には灰分の塩基度が０．２１で、かつ、ＣａＯ濃度が６ｗｔ％以上に調製された混合炭が供給される。このようにガス化炉５の運転を行うことにより、第２の実施形態と比べて、全水冷スラグに対する糸状スラグの生成割合を１０ｗｔ％以下の低い状態でより安定させることができるから、第３の実施形態と同様に、水砕スラグの排出を一層安定させることができ、ガス化炉の連続運転を達成し、ガス化装置の信頼性を向上させることができる。
【００６４】
なお、第３及び第４の実施形態では、ガス化炉に投入する混合粉や混合炭の灰分の塩基度を０．２１以上に調整することに加え、ＣａＯ濃度を６ｗｔ％以上に調整する例を説明したが、石炭の灰組成によっては、ＣａＯ濃度が高くなると、灰の溶融温度が上昇することがある。この場合、石炭のガス化や溶融スラグの流動性を上げるために炉内温度を非常に高い温度にしなければならなくなる。そのため、設備寿命や設備保全などの観点から、灰分のＣａＯ濃度については、６ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下の範囲に調整することが好ましい。さらに、炭酸カルシウムや調整用石炭といった添加剤の使用量が少なく済めば、経済性の効果が見込めることから、より好ましくは灰中のＣａＯ濃度を６ｗｔ％以上８ｗｔ％未満の範囲に調整するのがよい。
【００６５】
また、上述した第１〜第４の実施形態では、塩基性酸化物や調整用石炭などの添加剤を微粉炭供給ライン３９へ導入して石炭４１と混合する例を示したが、これらの添加剤を石炭４１に混合する方法としては、例えば、石炭４１を貯蔵する山元で予め石炭４１に添加剤を混合して石炭４１の灰分の塩基度やＣａＯ濃度を調整するようにしてもよいし、ガス化炉５に別途設置したバーナから添加剤をガス化部１５に導入し、ガス化部１５内で灰分の塩基度やＣａＯ濃度を調整するようにしてもよい。
【００６６】
また、上述した第１〜第４の実施形態では、塩基度を、塩基性酸化物のうち少なくともＣａＯ，Ｆｅ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＭｎＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏの総重量比率（ｗｔ％）を酸性酸化物のうち少なくともＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｐ２Ｏ５，ＴｉＯ２の総重量比率（ｗｔ％）で除した値として説明したが、例えば石炭の塩基度を求めるにあたって、石炭の灰分中の塩基性酸化物の総重量比率（ｗｔ％）と酸性酸化物の総重量比率（ｗｔ％）を求めることが可能であれば、塩基性酸化物の総重量比率（ｗｔ％）を酸性酸化物の総重量比率（ｗｔ％）で除した値を用いることが好ましい。
【符号の説明】
【００６７】
５  ガス化炉
７  微粉炭供給装置
９  酸化物供給装置
１３  クエンチ部
１５  ガス化部
１９  スラグタップ
２１  スラグ排出ライン
２３  クエンチ水
３３  石炭粉砕機
３９  微粉炭供給ライン
５９  溶融スラグ
６１  水冷スラグ
６３  調整用石炭供給装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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