(57)【要約】【課題】  本発明は、ノズル周りのスラグを確実に除去でき、耐圧構造が簡単で、メンテナス性が良好な石炭ガス化炉用バーナおよび石炭ガス化炉を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の石炭ガス化炉用バーナは、炉壁１９に設けられた開口部２６に装着された微粉炭１１を炉内に噴出するノズル３１と、ノズル３１の先端部分を冷却する冷却手段３９を有する石炭ガス化炉用バーナにおいて、前記ノズル３１を、炉内に向けて摺動可能に設けたことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉壁に設けられた開口部に装着され、微粉炭等の灰分を含有する燃料を炉内に噴出するノズルと、前記炉壁に対して固定され、前記ノズルの先端部分を冷却する冷却手段と、を有する石炭ガス化炉用バーナにおいて、
前記ノズルを、炉内に対して往復動可能に設けたことを特徴とする石炭ガス化炉用バーナ。
【請求項２】
中央部に開口を有し、炉壁に設けられた開口部に取り付けられる取付けフランジと、
前記取付けフランジの開口を通って一端が炉内に突出して設けられ前記ノズルと、
炉壁に対し外方に離間して設けられ、前記ノズルの他端を固定支持するノズル支持部材と、
該ノズル支持部材と前記取付けフランジの開口との間で、前記ノズルに対し隙間を有して囲繞するよう配設されるとともに前記ノズル支持部材側に伸縮部分を備えた耐圧部材と、
前記ノズル支持部材を前記炉壁に対し接離させる駆動手段と、
前記取付けフランジに固定して取り付けられ、ノズル先端部分の周りにらせん状に巻き付けられた水配管を有する前記冷却手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の石炭ガス化炉用バーナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の石炭ガス化炉用バーナを備えたことを特徴とする石炭ガス化炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭ガス化炉用バーナおよびこれを備えた石炭ガス化炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭ガス化炉において、微粉炭等を噴出するノズルは、輻射熱等により高温になり損傷することを防止するため、冷却されている。そのため、炉壁に付着した溶融スラグが、ノズルのところに流下すると冷却されて固化する。これは、時間が経つにつれて成長して、ついには、ノズルからの微粉炭の流れを阻害して、炉内燃焼を不安定にすることになる。
運転中に、このスラグを除去するものとして、特許文献１に示すものが提案されている。これは、微粉炭を噴出するノズルと、ノズルの外周に水冷ジャケットを設けてバーナ本体を構成している。そして、水冷ジャケットの外周側に、円筒状の水冷ハンマーを長手方向に往復動可能に設けている。ピストンにより水冷ハンマーを水冷ジャケットに沿って炉内側へ駆動して、その衝撃でスラグを除去するものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１５９４４１号公報（段落［００１８］〜［００２４］，及び図１〜図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に示すものは、水冷ハンマーがノズルから離れた位置にあるため、微粉炭の流れに最も影響するノズル自体に付着したスラグをはく離させることが困難である。
また、ノズル、水冷ジャケットだけでなく、水冷ハンマー、ピストンまでを含めて炉内の高圧雰囲気にさらされるので、耐圧構造が大型化してしまう。加えて、それに伴うシール構造も強固なものが必要になる。
さらに、水冷ハンマー、ピストン等が高圧容器内にあるので、稼動中は、メンテナンスができず、停止中でも、メンテナンスは難しい。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み、ノズル周りのスラグを確実に除去でき、耐圧構造が簡単で、メンテナス性が良好な石炭ガス化炉用バーナおよび石炭ガス化炉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】
【０００６】
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。
本発明にかかる石炭ガス化炉用バーナは、炉壁に設けられた開口部に装着され、微粉炭等の灰分を含有する燃料を炉内に噴出するノズルと、前記炉壁に対して固定され、前記ノズルの先端部分を冷却する冷却手段と、を有する石炭ガス化炉用バーナにおいて、前記ノズルを、炉内に対して往復動可能に設けたことを特徴とする。
【０００７】
ノズルから微粉炭等の灰分を含有する燃料を炉内に噴出して燃焼させると、スラグが炉壁に付着し、特に冷却されているノズルまわりを起点に盛り上がって付着する。ノズルは、炉内に向けて往復動可能に設けられているので、所定時間毎に、ノズルを炉内に向けて往復動させてその衝撃力によりスラグをはく離させて落とす。特にノズル自体に付着したスラグをも確実にはく離して落とすことができる。したがって、スラグが成長するノズル周辺を中心にして、スラグが確実に落とされるので、スラグによって微粉炭等の灰分を含有する燃料の流れが阻害されることがなく、炉内燃焼の安定が維持される。
また、ノズルを摺動させるだけでスラグを除去できるので、スラグ除去のための余分な構成は不要である。したがって、バーナ先端部の構造が簡単になる。
【０００８】
本発明にかかる石炭ガス化炉用バーナは、中央部に開口を有し、炉壁に設けられた開口部に取り付けられる取付けフランジと、前記取付けフランジの開口を通って一端が炉内に突出して設けられ前記ノズルと、炉壁に対し外方に離間して設けられ、前記ノズルの他端を固定支持するノズル支持部材と、該ノズル支持部材と前記取付けフランジの開口との間で、前記ノズルに対し隙間を有して囲繞するよう配設されるとともに前記ノズル支持部材側に伸縮部分を備えた耐圧部材と、前記ノズル支持部材を前記炉壁に対し接離させる駆動手段と、前記取付けフランジに固定して取り付けられ、ノズル先端部分の周りにらせん状に巻き付けられた水配管を有する前記冷却手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
所定時間毎に、駆動手段により、ノズル支持部材を炉壁側に接離させて、ノズル支持手段に固定されたノズルを長手方向に進退させる。このとき、ノズルの進退移動は、耐圧部材に設けられた伸縮部分で吸収される。このノズルの進退による衝撃力によりスラグをはく離させて下方へ落下させる。ノズルの進退によりスラグをはく離させているので、特にノズル自体に付着したスラグをも確実にはく離して落とすことができる。したがって、スラグが成長するノズル周辺を中心にして、スラグが確実に落とされるので、スラグによって微粉炭等の灰分を含有する燃料の流れが阻害されることがないので、炉内燃焼の安定が維持される。
また、炉内の高圧雰囲気は、耐圧部材とノズルとの間に存在する若干の隙間を経由して伝達されるだけなので、耐圧部材およびシールの構造が簡素化される。
さらに、駆動手段は、高圧にさらされないので、特別な高圧仕様とする必要はなく安価となる。また、石炭ガス化炉が稼動中でも、メンテナンスが行えるので、メンテナンスもし易い。
【００１０】
本発明にかかる石炭ガス化炉は、請求項１または２に記載の石炭ガス化炉用バーナを備えたことを特徴とする。
このように、石炭ガス化炉用バーナが、付着したスラグを確実に落とすので、炉内燃焼の安定が確実に維持される。したがって、安定したガス化運転を行うことができる。
また、構造が簡単で、メンテナンス容易なバーナを採用しているので、安価でメンテナス性の良好な石炭ガス化炉が得られる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、ノズルを長手方向に進退させ、その衝撃力によりスラグをはく離させて下方へ落下させているので、スラグによって微粉炭等の灰分を含有する燃料の流れが阻害されることがなく、炉内燃焼の安定が維持される。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、所定時間毎に、駆動手段により、ノズル支持部材を炉壁側に接離させて、ノズル支持手段に固定されたノズルを長手方向に進退させることによりスラグをはく離させているので、スラグが成長するノズル周辺を中心にして、スラグが確実に落とされる。これにより、スラグによって微粉炭等の灰分を含有する燃料の流れが阻害されることがないので、炉内燃焼の安定が維持される。
また、炉内の高圧雰囲気は、耐圧部材とノズルとの間に存在する若干の隙間を経由して伝達されるだけなので、耐圧部材およびシールの構造が簡素化される。
さらに、駆動手段は、高圧にさらされないので、特別な高圧仕様とする必要はなく安価となる。また、石炭ガス化炉が稼動中でも、メンテナンスが行えるので、メンテナンスもし易い。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、石炭ガス化炉用バーナが、付着したスラグを確実に落とし、炉内燃焼の安定が確実に維持されるので、安定したガス化運転を行うことができる。
また、構造が簡単で、メンテナンス容易な石炭ガス化炉用バーナを採用しているので、安価でメンテナス性の良好な石炭ガス化炉が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。図３は、本実施形態の石炭ガス化炉を示している。
石炭ガス化炉１は、起動用コンバスタ３と、コンバスタ５と、リダクタ７とを備えている。
起動用コンバスタ３には、油燃料８とその燃焼に必要な油燃料用２次空気１０とを噴射する油バーナ９が周方向に等間隔に４本設けられている。
【００１５】
コンバスタ５には、その下部に微粉炭（燃料）１１とその燃焼に必要な２次空気１２とを噴射する微粉炭バーナ１３が周方向に等間隔に４本設けられている。コンバスタ５の下端には、スラグを排出するために、スラグホール１５が設けられている。
【００１６】
リダクタ７には、微粉炭１１を噴射するリダクタバーナ１７が周方向に等間隔に４本設けられている。微粉炭バーナ１３およびリダクタバーナ１７に供給される微粉炭１１は、原炭が図示しない石炭ミルにより数μｍ〜数百μｍに粉砕され、空気とともに搬送されている。
【００１７】
次に、本実施形態にかかるリダクタバーナ１７の構成について、図１および図２により説明する。なお、図１および図２は、通常運転時の状況を示している。
石炭ガス化炉１の炉壁１９は、圧力容器２１と圧力容器２１の炉内側に取り付けられた耐火材２３とから構成されている。炉壁１９のリダクタバーナ１７取付け位置には、円筒形状をしたバーナ装着部２５が、圧力容器２１を貫通して固定されている。バーナ装着部２５は、円筒形状をしており、その外方端部には、拡径されたバーナ取付け用のフランジ状の突起部２７が固定されている。
バーナ装着部２５と突起部２７との内側空洞部分が炉壁１９に設けられた開口部２６を構成している。開口部２６には、耐熱ウールが充填されている。
【００１８】
リダクタバーナ１７は、取付けフランジ２９と、微粉炭を噴出するノズル３１と、ノズル３１を支持するノズル支持部材３３と、ノズル３１の周りを囲繞するように設けられた耐圧部材３５と、ノズル支持部材３３をノズル３１の長手方向に移動する駆動手段３７と、冷却手段３９とを備えている。
【００１９】
取付けフランジ２９は、突起部２７と同径の円板である。取付けフランジ２９は、耐圧パッキンを介して突起部２７にボルトで強固に固定される。取付けフランジ２９の中心部には、開口部２６の径より小径の開口３０が設けられている。
【００２０】
ノズル３１は、４本の細長い略円筒形状の部材を溶接にて一本に接合している。ノズル３１の内径は、炉内側に進むにつれて階段状に４段階にわたり小径になっている。ノズル３１は、開口３０を通って一端が炉内に位置するように設けられる。
【００２１】
ノズル支持部材３３は、ノズル３１の炉内と反対側端部近傍に配置されている。ノズル支持部材３３は水平方向に細長い長方形の板である。ノズル支持部材３３の上下、左右の中心位置をノズル３１が貫通して設けられている。ノズル３１は、ノズル支持部材３３に溶接されている。
【００２２】
次に、駆動手段３７について説明する。ノズル支持部材３３の炉内側に、ノズル支持部材３３と同形状のシリンダ支持部材４１が設けられている。シリンダ支持部材４１の炉側には、左右２ヶ所に油圧シリンダ４３，４３が取り付けられている。油圧シリンダ４３，４３のピストン４５は、シリンダ支持部材４１を貫通して外方に向けて延設されている。ピストン４５の先端は、ノズル支持部材３３に螺合されているガイド軸４７に取り付けられている。
シリンダ支持部材４１の４隅には、それぞれスタッド４９の一端がナットにて位置が固定されている。スタッド４９の他端側は、ノズル支持部材３３に設けられた孔に挿入され、ノズル支持部材３３の外側部分にナットが取り付けられている。
【００２３】
耐圧部材３５は、炉側から順に、それぞれノズル３１を囲繞する第一スリーブ５１、第二スリーブ５３、第三スリーブ５５、エキスパンション（伸縮部分）５７および第四スリーブ５９を備えている。
第一スリーブ５１は、略円筒形状をしており、その内側端部は、取付けフランジ２９の開口３０を覆うように溶接されている。第一スリーブ５１の外側端部には、フランジ５０が取り付けられている。
第二スリーブ５３は略円筒形状をしており、その外側端部は、シリンダ支持部材４１に溶接されており、内側端部には、フランジ５２が取り付けられている。フランジ５０とフランジ５２は、ボルト結合されている。
フランジ５２とノズル３１の間には、ダストシール５４が設けられている。第二スリーブ５３とノズル３１の間には、Ｏリング５６が設けられている。
【００２４】
第三スリーブ５５は、内側端部に大径のフランジ状突出部を有する２段円筒形状をしている。第三スリーブ５５のフランジ状突出部は、シリンダ支持部材４１の外側部分にボルトで固定されている。第四スリーブ５９は、外側端部に大径のフランジ状突出部を有する２段円筒形状をしている。第四スリーブ５９のフランジ状突出部は、ノズル支持部材３３の内側部分にボルトで固定されている。
【００２５】
エキスパンション５７は、ジャバラ状をしており、伸縮することができる。第三スリーブ５５の外側端部は、エキスパンション５７の内側端部に取り付けられている。第四スリーブ５９の外側端部は、エキスパンション５７の外側端部に取り付けられている。
【００２６】
冷却手段３９、取付けフランジ２９外側に取り付けられた外側入口管６１、外側出口管６３と、内側に取り付けられた内側管６２とを備えている。内側管６２は、外側入口管６１と外側出口管６３を連通するものである。内側管６２の中間部分は、ノズル３１の先端部の周りにらせん状に巻きつけられている。このらせん状部分の内側管６２は、ノズル３１と接触しない程度に接近して設けられている。水を、外側入口管６１から導入して、内側管６２を通って、外側出口管６３から排出することで、輻射熱等を強く受けるノズル３１の先端部を冷却する。
【００２７】
以上、説明した本実施形態にかかる石炭ガス化炉は以下のとおり動作する。
まず、起動用コンバスタ３の油バーナ９で油燃焼を行ない、コンバスタ５内の昇温を行なう。コンバスタ５内の温度が微粉炭１１の着火点以上に達したら、微粉炭バーナ１３より微粉炭１１と２次空気１２を噴射し、高温燃焼させる。
その高温燃焼ガスはリダクタ７へ導かれる。コンバスタ５内の高温燃焼が安定したら、すみやかに、リダクタバーナ１７から微粉炭１１を噴射する。それにより、微粉炭１１は、高温燃焼ガスの熱で乾留され、こうしてガス化が開始される。
起動用コンバスタ３の油バーナ９は、ガス化反応の安定と同時に停止する。一方、コンバスタ５内に噴射された微粉炭１１の灰分は、コンバスタ５内が高温となっているため溶融して溶融スラグとなり、コンバスタ５下部に設けられたスラグホール１５から系外へ排出される。
【００２８】
リダクタバーナ１７は、ノズル３１の先端部分の焼損防止のために冷却手段３９で冷却している。そのため、この冷却手段３９のところで溶融スラグの温度が下がり、固化し、それが時間とともに成長する。
【００２９】
この成長したスラグ１４をはく離させて排出させる動作を説明する。
図１の通常運転の状態から、駆動手段３７の油圧シリンダ４３，４３を縮めると、ピストン４５に取り付けられたガイド軸４７が炉内側へ移動する。このガイド軸４７の移動に伴い、ノズル支持部材３３が炉内側へ移動する。このノズル支持部材３３の移動に伴い、ノズル支持部材３３に溶接で固定されたノズル３１が炉側に移動する。このノズル３１炉側への移動により、ノズル周辺に成長したスラグ１４をはく離して、下方に落とす。
なお、ノズル３１の移動量は５０〜１００ｍｍ程度としている。
【００３０】
このとき、第四スリーブ５９は、ノズル支持部材３３と一体になって移動する。一方、第一スリーブ５１〜第三スリーブ５５は、固定されていて移動しない。このギャップについては、エキスパンション５７のジャバラが、縮むことで吸収される。
【００３１】
その後、油圧シリンダ４３，４３を伸ばして、ノズル３１を図１の状態に戻す。
この動きを数回繰り返し行うことで、スラグ１４は確実に排出される。
この操作は、スラグ１４の成長具合で実施するものであり、経験的には、数時間に１度程度の頻度でよい。
【００３２】
炉内の高圧環境は、ノズル３１と開口３０の間の隙間から耐圧部材３５の方に影響する。これに対しては、ダストシール５４でごみを阻止し、Ｏリング５６である程度圧力を阻止するので、第三スリーブ５５、エキスパンション５７、第四スリーブ５９では、高圧構造、高圧シール構造を考慮する必要は少ない。
【００３３】
リダクタバーナ１７は、取付けフランジ２９を突起部２７から取り外すことにより、炉から一体として取り外すことができる。また、ほとんどの部材が常圧環境にあるので、運転中においても、メンテナンスが可能である。
【００３４】
以下、本実施形態の作用・効果を説明する。
ノズル３１は、炉内に向けて摺動可能に設けられているので、所定時間毎に、ノズル３１を炉内に向けて摺動させてその衝撃力によりスラグ１４をはく離させて落とす。特にノズル３１自体に付着したスラグ１４をも確実にはく離して落とすことができる。したがって、スラグ１４が成長するノズル周辺を中心にして、スラグ１４が確実に落とされるので、スラグ１４によって微粉炭１１の流れが阻害されることがなく、炉内燃焼の安定が維持される。
また、ノズル３１を摺動させるだけでスラグ１４を除去できるので、スラグ１４除去のための余分な構成は不要である。したがって、バーナ先端部の構造が簡単になる。
【００３５】
所定時間毎に、駆動手段３７により、ノズル支持部材３３を炉壁１９側に接離させて、ノズル支持手段３３に固定されたノズル３１を長手方向に進退させる。このとき、ノズル３１の進退移動は、耐圧部材３５に設けられたエキスパンション５７で吸収される。このノズル３１の進退による衝撃力によりスラグ１４をはく離させて下方へ落下させる。ノズルの進退によりスラグ１４をはく離させているので、特にノズル３１自体に付着したスラグ１４をも確実にはく離して落とすことができる。したがって、スラグ１４が成長するノズル３１周辺を中心にして、スラグ１４が確実に落とされるので、スラグ１４によって微粉炭１１の流れが阻害されることがないので、炉内燃焼の安定が維持される。
また、炉内の高圧雰囲気は、耐圧部材３５とノズル３１との間に存在する若干の隙間を経由して伝達されるだけなので、耐圧部材３５およびシールの構造が簡素化される。
さらに、駆動手段３７は、高圧にさらされないので、特別な高圧仕様とする必要はなく安価となる。また、石炭ガス化炉１が稼動中でも、メンテナンスが行えるので、メンテナンスもし易い。
【００３６】
リダクタバーナ１７が、ノズル３１周辺に付着したスラグ１４を確実に落とすので、炉内燃焼の安定が確実に維持される。したがって、安定したガス化運転を行うことができる。
また、構造が簡単で、メンテナンス容易なバーナを採用しているので、安価でメンテナス性の良好な石炭ガス化炉１が得られる。
【００３７】
なお、本実施形態ではリダクタバーナに本発明を適用しているが、これに限定されるものではなく、微粉炭バーナに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態のリダクタバーナの概略構成を示す平面説明図である。
【図２】本発明の一実施形態のリダクタバーナの概略構成を示す正面説明図である。
【図３】本発明の一実施形態の石炭ガス化炉の概略構成を示す断面説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  石炭ガス化炉
１１  微粉炭
１７  リダクタバーナ
１９  炉壁
２６  開口部
２９  取付けフランジ
３０  開口
３１  ノズル
３３  ノズル支持部材
３９  冷却手段
５７  エキスパンション
【図１】
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【図２】
2005120129.tif 000004
【図３】
2005120129.tif 000005