(57)【要約】【課題】伝熱管へのダストの付着を抑制する。【解決手段】微粉体を加熱するガス化室１１と、ガス化室１１で発生した生成ガスが通流し、かつ、生成ガスの熱を回収する伝熱管２５ａ〜２５ｄが設けられた熱回収室９とを備え、この熱回収室１１の生成ガスが通流する流路の一部を規制する板部材３３ａ〜３３ｄを設けて、生成ガスの流速を上げることで、伝熱管２５ａ〜２５ｄへのダストの付着を抑制することができる。【選択図】　　図１
2004051915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉体の炭素質原料を加熱するガス化部と、該ガス化部で発生した生成ガスが通流する流路を形成し該流路中の生成ガスの熱を回収する熱回収手段が配置された熱回収部と、前記流路の流路断面を狭くする規制部材とを備えた気流層石炭ガス化装置。
【請求項２】
前記規制部材は、狭小流路を形成する板部材を複数備えてなり、
該複数の板部材は、前記ガス化部から前記熱回収部に向かう方向である主流方向に対して板面が交差する向きで前記主流方向に間隔を空けて並べられ、
隣り合う前記板部材のそれぞれの前記狭小流路は、前記主流方向に交差する方向にずらして配置され、
前記熱回収手段は、前記隣り合う板部材の板面間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の気流層石炭ガス化装置。
【請求項３】
前記熱回収手段は、主として同一方向に延在する直管を複数並べて形成された伝熱管からなり、前記直管は前記主流方向に交差する方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項２に記載の気流層石炭ガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炉内に熱回収手段を備えた気流層石炭ガス化装置の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気流層石炭ガス化装置は、微粉炭の灰分を溶融可能な温度（１３００〜１６００℃）に昇温された炉内に、微粉炭と酸素含有ガスを噴射し反応させることで、例えば、一酸化炭素や水素などの可燃性のガスを生成するものである。
【０００３】
この可燃性のガス、すなわち生成ガスの熱の回収効率を高めるものとして、特開平７−９７５７９号公報及び特開平１０−３３０７６８号公報には、炉内の上部に、例えば熱回収ボイラや熱交換器などの伝熱管を配設するものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、炉内に伝熱管を設置する構成では、生成ガスに含まれる例えばチャーやスラグなどのダストが伝熱管に付着して熱回収効率を低下させるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、伝熱管へのダストの付着を抑制することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の気流層石炭ガス化装置は、微粉体の炭素質原料を加熱するガス化部と、このガス化部で発生した生成ガスが通流する流路を形成しこの流路中の生成ガスの熱を回収する熱回収手段が配置された熱回収部と、流路の流路断面を狭くする規制部材とを備えた構成とすることにより上記課題を解決する。
【０００７】
すなわち、本発明は、実験により求めた図３のグラフに示す伝熱管に付着・堆積するダストの量と生成ガスの流速との関係から、生成ガスの流速を上げれば伝熱管に堆積するダストの量を低減できることに着目してなされたものであり、熱回収部の流路の一部を規制、つまり、熱回収部を通流する生成ガスの流路を狭くして生成ガスの流速を上げるようにしたものである。
【０００８】
これにより、熱回収部に設けられた、例えば、伝熱管や伝熱パネルなどの熱回収手段へのダストの付着を抑制することができる。付着しない分、生成ガスの熱の回収を効率よく行うことができる。
【０００９】
この場合において、規制部材は、狭小流路を形成する板部材を複数備えた構成とすることができる。これらの複数の板部材は、ガス化部から熱回収部に向かう方向（以下、主流方向と称する）に対して板面が交差するような向きで配置し、かつ、この主流方向に間隔を空けて並べ、隣り合う板部材のそれぞれの狭小流路を主流方向に交差する方向にずらして配置し、熱回収手段を隣り合う板部材の板面間に配置した構成とすることができる。なお、この狭小流路は、例えば、熱回収部の流路の一部を板部材で塞ぐ方法、または、熱回収部の流路を開口が形成された板部材で閉塞する方法などにより形成することができる。
【００１０】
このような構成とすることにより、生成ガスの流れを蛇行させることができ、単に生成ガスを主流方向に直線的に流す場合に比べて、流速が上がった生成ガスが通流する炉内の容積、つまり、流速が上がった生成ガスと伝熱管との伝熱面積を増加させることができる。具体的に複数の板部材は、主流方向に交差する方向の一方に位置する流路の内壁（以下、内壁と称する）から他方に位置する内壁へ、他方に位置する内壁から一方に位置する内壁へ、交互に板部材を突出させ、突出した板部材の先端と内壁との間に間隔を空けて狭小流路とする、いわゆる棚段と呼ばれる構成とすることができる。また、板部材の主流方向の間隔は、板部材の板面間を通流する生成ガスの流速や圧力損失が最適になるように調整することは言うまでもない。
【００１１】
ところで、伝熱管へのダストの付着は、生成ガスが伝熱管に当たる角度に応じて増減する。そこで、本発明の熱回収手段は、主として同一方向に延在する直管を複数並べて形成された伝熱管からなり、この直管は、隣り合う板部材のそれぞれの狭小流路をずらした方向に沿って配置する構成とする。つまり、生成ガスの主流方向に配置された上流側及び下流側の２つの板部材に挟まれた伝熱管において、その伝熱管を形成する直管の軸を少なくとも板部材の狭小流路がずれた方向に向けることで、上流側の板部材の狭小流路を通過した生成ガスが直管の軸に沿うように流れ下流側の板部材の狭小流路から流出させることができるようにしたものである。これにより、直管を板部材の板面間を通流する生成ガスの流れになるべく沿うように配置して生成ガスが直管に当たる角度をなるべく小さくすることができるので、伝熱管へのダストの付着をより抑制することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなる気流層石炭ガス化装置の一実施の形態について、図１〜図５を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる気流層石炭ガス化装置の炉本体の一実施形態の概略構成を示した断面図である。図２は、本発明を適用してなる気流層石炭ガス化装置の一実施形態の概略構成を示した図である。図３は、横軸に生成ガスの流速を、左側の縦軸にチャー非存在下の伝熱管の回収熱量に対するチャー存在下の伝熱管の回収熱量の百分率比すなわち熱回収効率を、右側の縦軸に伝熱管のチャー堆積量を表し、生成ガスの流速とダスト堆積量との関係、及び生成ガスの流速と熱回収効率との関係を示したグラフである。図４は、低流速時（図３に示すＡ点時）における伝熱管のダスト付着状態を示した断面図である。図５は、高流速時（図３に示すＢ点時）における伝熱管のダスト付着状態を示した断面図である。なお、図４及び図５は、伝熱管の延在方向に直交して生成ガスが流れる場合を示したものである。
【００１３】
本実施形態の気流層石炭ガス化装置の炉本体１は、図１及び図２に示すように、上下に長い筒状の圧力容器３と、圧力容器３に内包された上下に長い筒状の内郭５とで形成されている。内郭５は、上部と下部の２ヶ所に縮径したくびれ部７ａ、７ｂを有し、このくびれ部７ａ、７ｂにより、内郭５の内部側を上下に順次連通する３つの部屋に画成されている。この内郭５の内部側に画成された部屋を上から順に熱回収室９、ガス化室１１、スラグ冷却室１３と称する。
【００１４】
ガス化部であるガス化室１１の上部は、くびれ部７ａによって形成された流路を介して熱回収部である熱回収室９の底部に連通し、ガス化室１１の底部は、くびれ部７ｂによって形成された流路を介してスラグ冷却室１３の上部に連通されている。ガス化室１１は、ガス化室１１の上部には石炭バーナ１９ａが、下部には石炭バーナ１９ｂがそれぞれ圧力容器３と内郭５とに挿通された状態で配設され、微粉炭と酸素ガスは、この石炭バーナ１９ａ、１９ｂを介してガス化室１１に供給されるようになっている。さらに、ガス化室１１には、酸素ガスと、ガス化室１１で発生した石炭ガスに含まれる未反応のチャーとをガス化室１１に再投入するチャーバーナ２１が、圧力容器３と内郭５とに挿通された状態で設けられている。なお、石炭バーナ１９ａ、１９ｂには、微粉炭を供給する図示していない微粉炭供給ラインと、酸素ガスを供給する図示していない酸素供給ラインがそれぞれ連結され、チャーバーナ２１には後流側で捕集したチャーを搬送するチャーリサイクルライン２３が連結されている。
【００１５】
スラグ冷却室１３には、くびれ部７ｂを介してガス化室１１で溶融されたスラグが垂れ落ちるようになっている。スラグ冷却室１３の下部は、テーパ状に収束した圧力容器３の下部に開口し、ガス化室１１で溶融されたスラグ１４を冷却する冷却水１５が保持されている。また、圧力容器３の収束した底部の先端部分には冷却したスラグを排出するスラグ排出口１７が設けられている。
【００１６】
次に、本実施形態の特徴部である熱回収部である熱回収室９について説明する。熱回収室９は、くびれ部７ａを介して、ガス化部１１内で発生した例えば一酸化炭素や水素などを含んだ生成ガスが導かれ、熱回収室９の上部には生成ガスを図２に示す熱回収器２２へ導く連絡管２４が連結されている。熱回収室１１内には、伝熱管２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄが上下方向に順次並べて配置されている。伝熱管２５ａ〜２５ｄは、導入管２７、導出管２８、複数の直管２９及び複数の曲管３０が連結されて構成され、熱回収ボイラ２２へ送られる水などの媒体が通流するようになっている。導入管２７、導出管２８及び複数の直管２９は、一水平方向、つまり、紙面左右方向に延在し、導入管２７及び導出管２８は圧力容器３と内郭５とに挿通された状態で配設され、複数の直管２９は導入管２７と導出管２８との間に配置されている。
【００１７】
このように配置された導入管２７、導出管２８及び複数の直管２９は、曲管３０により互いに連結され１本の流路を形成している。なお、伝熱管２５ａ〜２５ｄは同様に配置されたものであり、代表して伝熱管２５ｄに符号を付して説明した。また、伝熱管２５ａ〜２５ｄは熱回収ボイラ３５に連結され、伝熱管２５ａ〜２５ｄで生成ガスから回収した熱を利用して蒸気を発生させるようになっている。熱回収ボイラ３５で発生した蒸気は、スチームライン３６を介して、蒸気を利用する図示していない例えば、スチームタービンなどに供給される。
【００１８】
また、伝熱管２５ａと伝熱管２５ｂとの間には板部材３３ａが、伝熱管２５ｂと伝熱管２５ｃとの間には板部材３３ｂが、伝熱管２５ｃと伝熱管２５ｄとの間には板部材３３ｃが、伝熱管２５ｄの下側には板部材３３ｄが、それぞれ板面を水平にして配置されている。板部材３３ａ、３３ｃは内郭５の紙面手前側、紙面奥側、紙面右側の内郭５の内壁に連結され、紙面左側の内壁と板部材の端部との間に間隙が形成され、つまり、板部材３３ａ、３３ｃは内郭５の軸を基準として紙面左側に狭小流路３４ａ、３４ｃが形成されている。逆に、板部材３３ｂ、３３ｄは内郭５の紙面手前側、紙面奥側、紙面左側の内郭５の内壁に連結され、紙面右側の内壁と板部材の端部との間に間隙が形成され、つまり、板部材３３ｂ、３３ｄは内郭５の軸を基準として紙面右側に狭小流路３４ｂ、３４ｄが形成されている。これにより、棚段と呼ばれる蛇行した流路が形成されている。
【００１９】
また、本実施形態では、熱回収室９の頂部に連結している連結管２４は、図２に示すように、熱回収器２２の頂部に連結され、生成ガスを熱回収器２２へ導く構成になっている。熱回収器２２内には、熱回収ボイラ３５に連結された伝熱管３７ａ、３７ｂが上下方向に順次配設され、生成ガスから回収した熱を利用して熱回収ボイラ３５で蒸気を発生させるようになっている。また、熱回収器２２に導かれた生成ガスは、熱回収器２２の底部に連結されたガス流路３９を介して、図示していない例えば、ガスタービンなどの生成ガスを利用する装置または機器へ供給されるようになっている。
【００２０】
ガス流路３９には、生成ガスに含有されたチャーを捕集するサイクロン４１、同じく生成ガスに含有されたチャーを捕集するバグフィルタ４３、及び生成ガス中の硫化水素などの硫黄分含有ガスを除去するガス精製装置４５が順に配置されている。サイクロン４１で捕集されたチャーは、中間ホッパ４７及びチャー回収ホッパ４８を介してリサイクルライン２３に戻され、例えば窒素ガスなどによりチャーバーナ２１に搬送される。バグフィルタ４３で捕集されたチャーは、中間ホッパ５０及びチャー回収ホッパ５１を介してリサイクルライン２３に戻され、例えば、窒素ガスなどによりチャーバーナ２１に搬送されるようになっている。
【００２１】
このような構成の気流層石炭ガス化装置の動作について説明する。まず、微粉炭の灰分を溶融可能な温度（１３００〜１６００℃）に昇温される。その後、圧力容器３内が、所定の温度及び所定の圧力となったら、石炭バーナ１９ａ、１９ｂに微粉炭と酸素ガスとを供給する。石炭バーナ１９ａ、１９ｂから噴射された微粉炭と酸素は、ガス化室１１で反応し、可燃性の石炭ガスである生成ガスを生成する。また、溶融した石炭の灰分である液状の溶融スラグは、ガス化室１１からスラグ冷却室１３に流下する。冷却水１５内に流下した溶融スラグは、冷却され、固体となり、スラグ排出口１７から排出される。
【００２２】
ガス化室１１で発生した生成ガスは、符号５３の矢印が示すようにガス化室１１内を回転しながら熱回収室９内に上昇する。熱回収室９に流入した生成ガスの流れは、板部材３３ｄに遮られ、板部材３３ｄが形成する狭小流路３４ｄを通って伝熱管２５ｄが配置された位置へ送られる（符号５４の矢印）。伝熱管２５ｄへ送られた生成ガスは伝熱管２５ｄの直管２９に沿って流れ、伝熱管２５ｄ内を通流し熱回収ボイラ３５へ導かれる水などの媒体と熱交換して冷却された後、板部材３３ｃが形成する狭小流路３４ｃを通って伝熱管２５ｃが配置された位置に送られる（符号５５の矢印）。伝熱管２５ｃに送られた生成ガスは伝熱管２５ｃの直管２９に沿って流れ、伝熱管２５ｃ内を通流し熱回収ボイラ３５へ導かれる水などの媒体と熱交換して冷却された後、板部材３３ｂが形成する狭小流路３４ｂを通って伝熱管２５ｂが配置された位置に導かれる（符号５６の矢印）。伝熱管２５ｂに送られた生成ガスは伝熱管２５ｂの直管２９に沿って流れ、伝熱管２５ｂ内を通流し熱回収ボイラ３５へ導かれる水などの媒体と熱交換して冷却された後、板部材３３ａが形成する狭小流路３４ａを通って伝熱管２５ａに導かれる（符号５７の矢印）。伝熱管２５ａに送られた生成ガスは伝熱管２５ａの直管２９に沿って流れ、伝熱管２５ａ内を通流し熱回収ボイラ３５へ導かれる水などの媒体と熱交換して冷却された後、連絡管２４内を通流して熱回収器２２へ導かれる（符号５８矢印）。
【００２３】
このように本実施形態の気流層石炭ガス化装置は、熱回収室９の流路を狭くする板部材３３ａ〜３３ｄを設けて、生成ガスが通流する流路を狭くすることで伝熱管２５ａ〜２５ｄの表面を流れる生成ガスの流速を上げるようにしたものである。これにより、図３のグラフのＡ点を示した図４のように、伝熱管２５ａ〜２５ｄにダストが堆積して生成ガスの通流を妨げることを抑制することができ、図３のＢ点を示す図５のように、伝熱管２５ａ〜２５ｄへのダストの堆積を抑制することができる。この結果、生成ガスの熱の回収を効率よく行うことができる。
【００２４】
また、生成ガスの流れを蛇行させることで、単に生成ガスを主流方向に直線的に流す場合に比べて、流速が上がった生成ガスが通流する炉内の容積、つまり、流速が上がった生成ガスと伝熱管２５ａ〜２５ｄとの伝熱面積を増加させることができる。さらに、伝熱管２５ａ〜２５ｄを主として同一方向に延在する直管２９を複数並べて形成し、直管を板部材３３ａ〜３３ｄの板面間を通流する生成ガスの流れ方向に沿って配置することにより、生成ガスが伝熱管２５ａ〜２５ｄに当たる角度を小さくすることができるので、伝熱管２５ａ〜２５ｄへのダストの付着をより抑制することができる。
【００２５】
また、本実施の形態では、伝熱管２５ａ〜２５ｄを導入管２７、導出管２８、複数の直管２９及び複数の曲管３０が連結された構成としたが、これに限らず、様々な構成とすることができる。また、伝熱管２５ａ〜２５ｄは、１本の流路であるとしたが複数の流路を形成する伝熱管群とすることもできる。また、直管２９の延在方向と板部材３３ａ〜３３ｄの板面とが同じ方向に配置された構成としたが、これに限らず、直管２９の表面に対する生成ガスの角度をなるべく小さくすることができればよい。また、導入管２７、導出管２８、複数の直管２９、及び板部材３３ａ〜３３ｄを水平方向に配置された構成としたが、主流方向に交差する方向であればよい。また、本実施の形態では、３３ａ〜３３ｄで形成される棚段を４段のものとしたが、１または複数の棚段とすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、伝熱管へのダストの付着を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる気流層石炭ガス化装置の炉本体の一実施形態の概略構成を示した断面図である。
【図２】本発明を適用してなる気流層石炭ガス化装置の一実施形態の概略構成を示した図である。
【図３】横軸に生成ガスの流速を、左側の縦軸にチャー非存在下の伝熱管の回収熱量に対するチャー存在下の伝熱管の回収熱量の百分率比すなわち熱回収効率を、右側の縦軸に伝熱管のチャー堆積量を表し、生成ガスの流速とダスト堆積量との関係、及び生成ガスの流速と熱回収効率との関係を示したグラフである。
【図４】図３に示すＡ点時における伝熱管のダスト付着状態を示した断面図である。
【図５】図３に示すＢ点時における伝熱管のダスト付着状態を示した断面図である。
【符号の説明】
９　ガス化室
１１　熱回収室
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ　伝熱管
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ　板部材
【図１】
2004051915.tif 000003
【図２】
2004051915.tif 000004
【図３】
2004051915.tif 000005
【図４】
2004051915.tif 000006
【図５】
2004051915.tif 000007