(57)【要約】【課題】スラグ排出孔監視装置の視野を確保すると共に、溶融スラグを安定して排出することのできるガス化炉の運用方法、およびガス化炉を提供すること。【解決手段】反応室１２で被溶融物（燃料中の灰分）を溶融させ、反応室１２の炉底１３に設けられたスラグ排出孔１４から起動用燃焼室１５に溶融スラグ２０を排出させ、スラグ排出孔監視装置１８によって溶融スラグ２０の排出状況を監視するガス化炉１１の運用方法であって、起動用燃焼室１５に酸素含有ガスＧ２を供給し、スラグ排出口１４から起動用燃焼室１５に流入するガスに含まれる可燃性成分および粒子を燃焼させることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室で被溶融物を溶融させ、該反応室の炉底に設けられたスラグ排出孔から起動用燃焼室に溶融スラグを排出させ、スラグ排出孔監視装置によって溶融スラグの排出状況を監視するガス化炉の運用方法であって、
前記起動用燃焼室に酸素含有ガスを供給し、前記スラグ排出口から該起動用燃焼室に流入するガスに含まれる粒子を燃焼させることを特徴とするガス化炉の運用方法。
【請求項２】
被溶融物を溶融させる反応室と、該反応室の炉底に設けられたスラグ排出孔と、該スラグ排出孔によって該反応室に連通して設けられた起動用燃焼室と、該起動用燃焼室に設けられたスラグ排出孔監視装置とを備えたガス化炉であって、
前記スラグ排出孔監視装置に酸素含有ガスを噴射する監視部ノズルを設けたことを特徴とするガス化炉。
【請求項３】
被溶融物を溶融させる反応室と、該反応室の炉底に設けられたスラグ排出孔と、該スラグ排出孔によって該反応室に連通して設けられた起動用燃焼室と、該起動用燃焼室に設けられたスラグ排出孔監視装置とを備えたガス化炉であって、
起動時の昇温に用いられる起動用バーナが前記起動用燃焼室に設けられており、該起動用バーナは運転中に酸素含有ガスを噴射する構成とされていることを特徴とするガス化炉。
【請求項４】
被溶融物を溶融させる反応室と、該反応室の炉底に設けられたスラグ排出孔と、該スラグ排出孔によって該反応室に連通して設けられた起動用燃焼室と、該起動用燃焼室に設けられたスラグ排出孔監視装置とを備えたガス化炉であって、
前記スラグ排出孔の近傍に酸素含有ガスを噴射する排出孔ノズルを設けたことを特徴とするガス化炉。
【請求項５】
請求項２に記載のガス化炉において、
請求項３に記載の起動用バーナおよび請求項４に記載の排出孔ノズルのうち、少なくともいずれか一方を設けたことを特徴とするガス化炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、石炭、固形燃料、廃棄物などを燃料としたガス化炉に関し、特に監視装置が設けられて溶融スラグの排出状況を監視することのできるガス化炉の運用方法およびガス化炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図４に示すような石炭ガス化炉１は、石炭中の灰分を溶融させる反応室２と、反応室２の炉底３に設けられたスラグ排出孔４と、スラグ排出孔４によって反応室２に連通して設けられた起動用燃焼室５とを備えて構成されている。起動用燃焼室５の下部には冷却水６が溜められており、起動用燃焼室５の壁部には起動用バーナ７とスラグ排出孔監視装置８（視覚的・輝度検知システムなど）とが備えられている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
このような石炭ガス化炉１の運用において、反応室２で石炭中の灰分を溶融して得られる溶融スラグ１０は、スラグ排出孔４から起動用燃焼室５に排出され、冷却水６中に滴下されて急冷される。また、反応室２の内部の旋回流や圧力変動などにより、反応室２からスラグ排出孔４を通過し起動用燃焼室５にガスＧ１が流入し、起動用燃焼室５の内部を循環する。ガスＧ１は、Ｈ２およびＣＯ成分を含有すると共に、炭素などからなる粒子（チャー）が含有されている。また、起動用バーナ７は、起動時に油燃料と油燃料用２次空気を噴射し、起動用燃焼室５の内部温度を上昇させるために用いられ、運転中は使用されていなかった。
【０００４】
上述したような石炭ガス化炉１において、スラグ排出孔４に溶融スラグ１０が付着堆積してスラグ排出孔４を閉塞してしまい、溶融スラグ１０の排出が阻害され、石炭ガス化炉１の運用に支障をきたすということがあった。これを防止するために、スラグ排出孔監視装置８によってスラグ排出孔４の排出状況を監視し、スラグ排出孔４が溶融スラグ１０で閉塞される前に、ガス化炉運転条件を変更し反応室２の温度を上昇させたり、スラグ加熱バーナ（図示せず）などを用いたりして、付着堆積している溶融スラグ１０を加熱溶融させてスラグ排出孔４の閉塞を防止し、連続的な溶融スラグ１０の排出を確保する閉塞防止手段が用いられていた。このとき、起動用燃焼室５に流入するガスＧ１に含まれる粒子により、スラグ排出孔監視装置８による監視が阻害されてしまうため、起動用燃焼室５に不活性ガスを噴射し、良好な視野を確保することが行われていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３４１０６号公報（第２−５項、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記石炭ガス化炉１において、スラグ排出孔監視装置８の視野を確保するための不活性ガスは、起動用燃焼室５に流入するガスＧ１とともに内部を循環し排出されてしまうので、良好な視野を確保するためには大量の不活性ガスを投入しなければならないという問題があった。これにより、不活性ガス製造動力を増大させる必要が生じるだけでなく、石炭ガス化炉１の内部温度が低下してしまうという問題があった。とくに、スラグ排出孔４に向けて大量に不活性ガスが供給されると、不活性ガスによってスラグ排出孔４が冷却されてしまい、スラグ排出孔４に溶融スラグ１０が付着堆積し易くなり、溶融スラグ１０の排出状況が悪化するという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような背景の下になされたものであって、スラグ排出孔監視装置の視野を確保すると共に、溶融スラグを安定して排出することのできるガス化炉の運用方法、およびガス化炉を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明に係るガス化炉の運用方法は、反応室で被溶融物を溶融させ、該反応室の炉底に設けられたスラグ排出孔から起動用燃焼室に溶融スラグを排出させ、スラグ排出孔監視装置によって溶融スラグの排出状況を監視するガス化炉の運用方法であって、前記起動用燃焼室に酸素含有ガスを供給し、前記スラグ排出口から該起動用燃焼室に流入するガスに含まれる粒子を燃焼させることを特徴とする。
【０００９】
この発明のガス化炉の運用方法において、起動用燃焼室に酸素含有ガスを供給し、スラグ排出口から起動用燃焼室に流入するガスに含まれる可燃性成分および粒子を燃焼させるので、スラグ排出孔監視装置の視野を確保することができ、確実に溶融スラグの排出状況を監視することができる。また、粒子を燃焼させるとともに、ガスに可燃性成分が含まれる場合には可燃性成分をも燃焼させることにより起動用燃焼室スラグの内部温度、特に排出孔付近の温度を高温で保持することができ、溶融スラグの排出を順調に行うことができる。
【００１０】
また、本発明に係るガス化炉は、被溶融物を溶融させる反応室と、該反応室の炉底に設けられたスラグ排出孔と、該スラグ排出孔によって該反応室に連通して設けられた起動用燃焼室と、該起動用燃焼室に設けられたスラグ排出孔監視装置とを備えたガス化炉であって、前記スラグ排出孔監視装置に酸素含有ガスを噴射する監視部ノズルを設けたことを特徴とする。
【００１１】
この発明のガス化炉において、スラグ排出孔監視装置に設けられた監視部ノズルから酸素含有ガスを噴射することにより、反応室からスラグ排出孔を通過して起動用燃焼室に流入するガスに含有される可燃性成分および粒子が燃焼される。これにより、起動用燃焼室内の粒子が減少するので、スラグ排出孔監視装置の視野を確保することができる。特に、スラグ排出孔監視装置の近辺の粒子が減少するので良好な視野を確保することができる。
【００１２】
また、本発明に係るガス化炉は、被溶融物を溶融させる反応室と、該反応室の炉底に設けられたスラグ排出孔と、該スラグ排出孔によって該反応室に連通して設けられた起動用燃焼室と、該起動用燃焼室に設けられたスラグ排出孔監視装置とを備えたガス化炉であって、前記起動用燃焼室に運転開始時の昇温に用いられる起動用バーナが設けられており、該起動用バーナは運転中に酸素含有ガスを噴射する構成とされていることを特徴とする。
【００１３】
この発明のガス化炉において、起動用燃焼室に設けられている起動用バーナから酸素含有ガスを噴射することにより、反応室からスラグ排出孔を通過して起動用燃焼室に流入するガスに含有される可燃性成分および粒子が燃焼される。これにより、起動用燃焼室内の粒子が減少するので、スラグ排出孔監視装置の視野を確保することができる。また、可燃性成分および粒子が燃焼されることによって、従来のように起動用燃焼室の内部温度が低下する問題を回避でき、良好にガス化炉を運転することができる。
【００１４】
また、本発明に係るガス化炉は、被溶融物を溶融させる反応室と、該反応室の炉底に設けられたスラグ排出孔と、該スラグ排出孔によって該反応室に連通して設けられた起動用燃焼室と、該起動用燃焼室に設けられたスラグ排出孔監視装置とを備えたガス化炉であって、前記スラグ排出孔の近傍に酸素含有ガスを噴射する排出孔ノズルを設けたことを特徴とする。
【００１５】
この発明のガス化炉において、スラグ排出孔の近傍に設けられている排出孔ノズルから酸素含有ガスを噴射することにより、反応室からスラグ排出孔を通過して起動用燃焼室に流入するガスに含有される可燃性成分および粒子が燃焼される。これにより、起動用燃焼室内の粒子が減少するので、スラグ排出孔監視装置の視野を確保することができる。特に、スラグ排出孔の近傍において可燃性成分および粒子が燃焼するので、スラグ排出孔の近傍のガス温度を高く保持することができ、溶融スラグの付着堆積が防止される。これにより、溶融スラグの排出状況が悪化するという問題を回避することができる。
【００１６】
また、本発明に係るガス化炉は、上述した監視部ノズルが設けられたガス化炉において、上記起動用バーナおよび上記排出孔ノズルのうち、少なくともいずれか一方を設けたことを特徴とする。
【００１７】
この発明のガス化炉において、監視部ノズルから酸素含有ガスを噴射すると共に、起動用バーナおよび排出孔ノズルのうち少なくともいずれか一方から酸素含有ガスを噴射して、ガスに含有される可燃性成分および粒子を燃焼させることによって、より良好なスラグ排出孔監視装置の視野を確保することができると共に、起動用燃焼室の内部を高温で保持することができ、良好にガス化炉を運転することができる。また、スラグ排出孔付近の温度を高温とすることができ、溶融スラグの排出を順調に行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の第１の実施の形態について説明する。
図１に被溶融物として石炭を用い、石炭中の灰分を溶融させる石炭ガス化炉１１の概略断面構成図を示す。石炭ガス化炉１１は、石炭中の灰分を溶融させる反応室１２と、反応室１２の炉底１３に設けられたスラグ排出孔１４と、スラグ排出孔１４によって反応室１２に連通し、石炭ガス化炉１１の起動時の昇温に用いられる起動用燃焼室１５とを備えて構成されている。反応室１２は、耐火材または水冷管の表面に内壁１２ａが内張りされ、内壁１２ａの円周方向に沿って石炭、チャー、および酸化剤を噴出する複数のバーナ（図示せず）が設けられており、反応室１２の上部には可燃性ガスライン（図示せず）が設けられている。反応室１２の炉底１３は、上面１３ａが中央に向かって下方に傾斜し、中央部にスラグ排出孔１４が設けられている。
【００１９】
起動用燃焼室１５には、滴下してきた溶融スラグ２０を冷却するための冷却水１６を溜める水槽が下部に形成されており、冷却水１６としてクエンチ水などが用いられている。また、起動用燃焼室１５の壁部１５ａには起動用バーナ１７とスラグ排出孔監視装置１８とが備えられている。起動用バーナ１７は、起動用燃焼室１５の壁部１５ａに複数個（図では２個）配置されている。排出孔監視装置１８は、炉底１３と起動用バーナ１７との間の壁部１５ａに埋め込まれており、その中心軸Ｏがスラグ排出孔１４に向くように傾斜して設けられている。排出孔監視装置１８の前方（スラグ排出孔１４に向いている側方）には、酸素含有ガスＧ２を噴射するための監視部ノズル２１が設けられている。
【００２０】
また、スラグ排出孔１４の付近における炉底１３の下面１３ｂの複数箇所に開口して、酸素含有ガスＧ２を噴射するための排出孔ノズル２２が設けられている。排出孔ノズル２２に酸素含有ガスＧ２を供給する配管は、炉底１３の内部においてその一側方から中心に向かって配設されている直状配管２３と、直状配管２３に連通して、炉底１３の内部においてスラグ排出孔１４を囲うようにリング状に配設されている円環状配管２４とを備えており、円環状配管２４から下方に向けて排出孔ノズル２２が設けられている。
【００２１】
上述したようなガス化炉１１の運用方法について説明する。
まず、反応室１２の内部温度が石炭の着火温度以上となるまで、起動用燃焼室１５の起動用バーナ１７で燃焼を行う。所定の温度まで昇温させた後、反応室１２の複数のバーナから石炭および酸化剤を噴出して石炭を燃焼させた後、起動用バーナ１７による燃焼を停止する。そして、反応室１２の内部では、石炭がガス化されてガスＧ１が生成される。このとき、反応室１２のバーナは円周方向に沿って設けられているので、ガスＧ１は反応室１２の内部で旋回流を形成する。反応室１２の内部は、灰の溶融を効率良く行わしめるため、約１６００℃以上の高温に維持されており、還元雰囲気に調整されている。
【００２２】
一方、石炭中の灰成分が溶融した溶融スラグ２０は、反応室１２の内壁１２ａに付着し、内壁１２ａを伝って流下し、炉底１３の上面１３ａを流れてスラグ排出孔１４に達して、起動用燃焼室１５に排出される。この溶融スラグ２０の排出状況を排出孔監視装置１８により監視する。このとき、溶融スラグ２０と共にガスＧ１およびチャー（石炭の反応物で、石炭と灰を含む粒子）もスラグ排出孔１４から起動用燃焼室１５に流入してくる。そこで、監視部ノズル２１、排出孔ノズル２２および起動用バーナ１７から加熱された酸素含有ガスＧ２を噴射し、ガスＧ１中の可燃性成分およびチャーを燃焼する。燃焼により生じた燃焼ガスＧ３は、起動用燃焼室１５の内部を循環し、スラグ排出孔１４から反応室１２に流出する。
【００２３】
このように、噴射される酸素含有ガスＧ２の流量および酸素濃度を調整することによって、起動用燃焼室１５の内部の視野が確保され、温度が維持される。つまり、起動用燃焼室１５の内部に設置された熱電対により測定される温度、および排出孔監視装置１８により監視される視野状況を基に、酸素含有ガスＧ２の流量および酸素濃度が調整されるのである。スラグ排出状況および視野状況が最適となる流量および酸素濃度を基準として、スラグ排出状況が変化した場合に温度が低下していれば酸素濃度を高く、温度が上昇した場合は酸素濃度を低くするような調整をする。また、視野状況が変化した場合には流量を増加させることでチャーを減少させることができるが、このとき流量の調整に伴う温度変化も酸素濃度を調整する基準とし、常に最適な視野と温度を確保できるように調整する。
【００２４】
上述したように、起動用燃焼室１５に酸素含有ガスＧ２を噴射することで起動用燃焼室１５の内部のチャーを減少させることができ、良好な視界が得られ、排出孔監視装置１８により確実に溶融スラグ２０の排出状況を監視することができる。また、燃焼ガスＧ３がスラグ排出孔１４から反応室１２に流出するので、この燃焼ガスＧ３の流れにより、スラグ排出孔１４から起動用燃焼室１５にチャーが流入しにくくなる。さらに、このようにガスＧ１中の可燃性成分およびチャーを燃焼させることにより、従来のように不活性ガスを噴射することによる起動用燃焼室１５の温度低下の問題が発生することがない。
【００２５】
とくに、排出孔監視装置１８の前部に監視部ノズル２１を設けているので、排出孔監視装置１８の付近の視界を良好にすることができる。また、起動用バーナ１７を用いることにより、酸素含有ガス専用のノズルを設けることなく、起動用燃焼室１５の全体に渡ってチャーを減少させることができ、起動用燃焼室１５の内部を高温に保持することができる。また、排出孔ノズル２２によってスラグ排出孔１４の付近を燃焼させるので、スラグ排出孔１４の付近の温度を高温で保持することができ、溶融スラグ２０の排出を順調に行うことができる。
【００２６】
また、図２に本発明の第２の実施形態、図３に第３の実施の形態を示す。第２の実施形態および第３の実施の形態において、第１の実施の形態と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を行う。
第２の実施形態は、監視部ノズル２１および起動用バーナ１７から起動用燃焼室１５に酸素含有ガスＧ２を噴射する構成とされている。このような構成とすることにより、排出孔ノズル２２を設ける必要がなく、従来の設備において比較的改良しやすい排出孔監視装置１８にノズルを取り付け、起動用バーナ１７に酸素含有ガスＧ２の配管を接続するだけでよい。これにより、容易に本発明を実施することができる。
【００２７】
また、第３の実施の形態は、監視部ノズル２１および排出孔ノズル２２から起動用燃焼室１５に酸素含有ガスＧ２を噴射する構成とされている。このような構成とすることにより、スラグ排出孔１４の付近の温度を高温で保持することができ、スラグ排出孔１４に溶融スラグ２０が付着堆積することを防止することができ、溶融スラグ２０の排出を順調に行うことができる。また、酸素含有ガスＧ２の使用量が少量でも、十分な効果を得ることができる。
【００２８】
なお、本実施の形態においては、石炭ガス化炉１１について説明を行ったが、石炭以外の固形燃料や廃棄物などを被溶融物としたガス化炉に本発明を用いてもよい。また、複数個のスラグ排出孔が設けられているガス化炉に本発明を用いてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガス化炉の運用方法によれば、起動用燃焼室に酸素含有ガスを供給し、スラグ排出口から起動用燃焼室に流入するガスに含まれる粒子を燃焼させるので、良好なスラグ排出孔監視装置の視野を確保することができ、確実に溶融スラグの排出状況を監視することができる。また、スラグ排出孔付近の温度を高温で保持することができ、溶融スラグの排出を順調に行うことができる。
【００３０】
また、本発明のガス化炉によれば、起動用燃焼室に流入するガスに含有される粒子を、監視部ノズルから噴射した酸素含有ガスによって燃焼させるので、起動用燃焼室内の粒子を減少させることができ、スラグ排出孔監視装置の視野を確保することができる。これにより、確実に溶融スラグの排出状況を監視することができる。
【００３１】
また、起動用バーナから噴射した酸素含有ガスによって粒子を燃焼させるので、確実に溶融スラグの排出状況を監視することができると共に、起動用燃焼室の内部温度を低下させることなく、良好にガス化炉を運転することができる。
【００３２】
また、排出孔ノズルから噴射した酸素含有ガスによって粒子を燃焼させるので、スラグ排出孔付近の温度を高温で保持することができ、スラグ排出孔に溶融スラグが付着堆積することを防止することができる。これにより、確実に溶融スラグの排出状況を監視することができると共に、溶融スラグの排出を順調に行うことができる。
【００３３】
また、監視部ノズル、起動用バーナ、および排出孔ノズルの全て、またはいずれかを組み合わせて用いることによって、より確実に溶融スラグの排出状況を監視することができると共に、溶融スラグの排出を順調に行うことができ、良好にガス化炉を運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるガス化炉の概略断面構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態におけるガス化炉の概略断面構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態におけるガス化炉の概略断面構成図である。
【図４】従来のガス化炉の概略断面構成図である。
【符号の説明】
１１　ガス化炉
１２　反応室
１３　炉底
１４　スラグ排出孔
１５　起動用燃焼室
１７　起動用バーナ
１８　スラグ排出孔監視装置
２１　監視部ノズル
２２　排出孔ノズル
Ｇ２　酸素含有ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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