(57)【要約】      （修正有）【課題】バーナ装置およびそれを備えたガス化炉を提供する。【解決手段】酸化剤供給配管２１０と、燃料供給配管２２０と、酸化剤噴出口２３１と、燃料噴出口２３２とを有するバーナ先端部２３０と、バーナ先端部２３０に連結されるバーナ本体部２４０と、バーナ本体部２４０の内側に配置される内筒部２６０と、を備え、バーナ先端部２３０は、内筒部２６０の端部を収容する凹部２３５と、酸化剤噴出口２３１へ酸化剤を導く酸化剤流路２３１ａ、２３１ｂと、燃料噴出口２３２へ燃料流体を導く燃料流路２３２ａ、２３２ｂとが形成された単一の部材であり凹部２３５および内筒部２６０は、内筒部２６０の内周側から凹部２３５に向けて導かれる冷却媒体を内筒部２６０とバーナ本体部２４０との間に形成される流通流路ＦＰへ導く冷却流路ＣＰを形成する。【選択図】図５
0003223485.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤を供給する酸化剤供給配管と、
燃料流体を供給する燃料供給配管と、
前記酸化剤供給配管から供給される前記酸化剤を噴出する酸化剤噴出口と、前記燃料供給配管から供給される前記燃料流体を噴出する燃料噴出口とを有するバーナ先端部と、
前記バーナ先端部に連結されるとともに軸線方向に沿って延びる筒状に形成されるバーナ本体部と、
前記軸線方向に沿って延びる筒状に形成されるとともに前記バーナ本体部の内側に配置される内筒部と、を備え、
前記バーナ先端部は、前記バーナ本体部の内側から形成され前記内筒部の一端部を収容する凹部と、前記酸化剤噴出口へ前記酸化剤を導く酸化剤流路と、前記燃料噴出口へ前記燃料流体を導く燃料流路とが形成された単一の部材であり、
前記凹部および前記内筒部は、前記内筒部の内周側から前記凹部の底部に向けて導かれる冷却媒体を前記内筒部と前記バーナ本体部との間に形成される流通流路へ導く冷却流路を形成するバーナ装置。
【請求項２】
前記バーナ先端部の前記バーナ本体部側の端部と、前記バーナ本体部の前記バーナ先端部側の端部とを接合した接合部を備え、前記接合部の内周側に前記冷却流路が形成される請求項１に記載のバーナ装置。
【請求項３】
前記バーナ先端部は、前記酸化剤噴出口および前記燃料噴出口が形成される平坦面を有する噴出部と、前記バーナ本体部に連結される連結部を有し、
前記接合部は、前記連結部と前記バーナ本体部の前記バーナ先端部側の端部を接合する請求項２に記載のバーナ装置。
【請求項４】
燃料流体を供給する燃料供給配管と、
前記燃料供給配管から供給される前記燃料流体を噴出する燃料噴出口とを有するバーナ先端部と、
前記バーナ先端部に連結されるとともに軸線方向に沿って延びる筒状に形成されるバーナ本体部と、
前記軸線方向に沿って延びる筒状に形成されるとともに前記バーナ本体部の内側に配置される内筒部と、を備え、
前記バーナ先端部は、前記バーナ本体部の内側から形成され前記内筒部の一端部を収容する凹部と、前記燃料噴出口へ前記燃料流体を導く燃料流路とが形成された単一の部材であり、
前記凹部および前記内筒部は、前記内筒部の内周側から前記凹部の底部に向けて導かれる冷却媒体を前記内筒部と前記バーナ本体部との間に形成される流通流路へ導く冷却流路を形成するバーナ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のバーナ装置を備え、
炭素含有固体燃料を燃焼させてガス化するガス化炉であって、
前記バーナ装置が、前記炭素含有固体燃料中の灰分が溶融したスラグを加熱流動させるガス化炉。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、バーナ装置およびそれを備えたガス化炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガス化炉設備として、石炭等の炭素含有固体燃料をガス化炉内に供給し、炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化することで、可燃性ガスを生成する炭素含有燃料ガス化設備（石炭ガス化設備）が知られている。ガス化炉設備においては、コンバスタ部から流下するスラグを加熱して流動・排出を促進する目的で、スラグ溶融バーナ装置が使用される（例えば、特許文献１参照）。スラグ溶融バーナ装置は、バーナ先端部から燃料流体および酸化剤（空気、酸素、水蒸気など）を噴射して燃焼させ、高温の火炎を生成することによりスラグを加熱して流動・排出を促進する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５２０５２０３号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されるスラグ溶融バーナ装置は、内部に燃料配管および酸化剤配管等を収容する外筒の先端にバーナチップ金物を取り付け、バーナチップ金物の先端に噴射孔を有するバーナチップを、取付用キャップを介して取り付けたものである。バーナチップ金物とバーナチップとが異なる部材であるものや温度差があるものには、ガス化炉内の輻射熱による熱伸び差の影響が生じる場合があり、これらの接続部分に燃料流体および酸化剤の漏れが生じると、接続部分付近で燃料流体が着火して接続部分が焼損してしまう可能性がある。また、バーナチップは、ガス化炉内の輻射熱だけでなく、スラグ溶融バーナ装置自身の火炎による跳ね返りの熱影響も受けて温度差が大きくなりやすい。そのため、接続部分の焼損が更に悪化する可能性があり、よりバーナチップ金物とバーナチップとの温度差を抑制する必要がある。
【０００５】
また、スラグ溶融バーナ装置の点火および消火時においてバーナチップ金物が熱膨張と熱収縮を繰り返すことにより接続部分に緩みが生じる。これにより、点火および消火に熱影響を受けて温度差が大きくなり熱伸び差が生じ、燃料流体および酸化剤の漏れが生じたことによる接続部分の焼損によりバーナチップが脱落してしまう可能性がある。
【０００６】
本開示はこのような事情に鑑みてなされたものであって、バーナ先端部の焼損および脱落を防止することが可能なバーナ装置およびそれを備えた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】
【０００７】
本開示の一態様に係るバーナ装置は、酸化剤を供給する第１供給配管と、燃料流体を供給する第２供給配管と、前記第１供給配管から供給される前記酸化剤を噴出する酸化剤噴出口と、前記第２供給配管から供給される前記燃料流体を噴出する燃料噴出口とを有するバーナ先端部と、前記バーナ先端部に連結されるとともに軸線方向に沿って延びる筒状に形成されるバーナ本体部と、前記軸線方向に沿って延びる筒状に形成されるとともに前記バーナ本体部の内側に配置される内筒部と、を備え、前記バーナ先端部は、前記内筒部の端部を収容する凹部と、前記酸化剤噴出口へ前記酸化剤を導く酸化剤流路と、前記燃料噴出口へ前記燃料流体を導く燃料流路とが形成された単一の部材であり、前記凹部および前記内筒部は、前記内筒部の内周側から前記凹部に向けて導かれる冷却媒体を前記内筒部と前記バーナ本体部との間に形成される流通流路へ導く冷却流路を形成する。
【考案の効果】
【０００８】
バーナ先端部の焼損および脱落を防止することが可能なバーナ装置およびそれを備えたガス化炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一実施形態に係るガス化炉設備を手協した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【図２】図１に示すガス化炉の縦断面図である。
【図３】図２に示すスラグ溶融バーナ装置へ酸化剤を供給する酸化剤供給系統および燃料流体を供給する燃料供給系統を示す図である。
【図４】図３におけるスラグ溶融バーナ装置の近傍の断面図である。
【図５】図４に示すスラグ溶融バーナ装置の縦断面図である。
【図６】図５に示すスラグ溶融バーナ装置のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図７】図５に示すスラグ溶融バーナ装置の斜視図である。
【図８】図５に示すスラグ溶融バーナ装置の内部構造を示す斜視図である。
【考案を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本開示の一実施形態に係るガス化炉設備１４を適用した石炭ガス化複合発電設備１０の概略構成図である。図２は、図１に示すガス化炉１０１の縦断面図である。
【００１１】
本実施形態に係るガス化炉設備１４が適用される石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Integrated  Coal  Gasification  Combined  Cycle）１０は、空気を主とする酸化剤として用いており、ガス化炉設備１４において、燃料から可燃性ガス（生成ガス）を生成する空気燃焼方式を採用している。そして、石炭ガス化複合発電設備１０は、ガス化炉設備１４で生成した生成ガスを、ガス精製設備１６で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン１７に供給して発電を行っている。すなわち、本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備となっている。ガス化炉設備１４に供給する燃料としては、例えば、石炭等の炭素含有固体燃料が用いられる。
【００１２】
石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）１０は、図１に示すように、給炭設備１１と、ガス化炉設備１４と、チャー回収設備１５と、ガス精製設備１６と、ガスタービン１７と、蒸気タービン１８と、発電機１９と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Heat  Recovery  Steam  Generator）２０とを備えている。
【００１３】
給炭設備１１は、原炭として炭素含有固体燃料である石炭が供給され、石炭を石炭ミル（図示略）などで粉砕することで、細かい粒子状に粉砕した微粉炭を製造する。給炭設備１１で製造された微粉炭は、給炭ライン１１ａ出口で後述する空気分離設備４２から供給される搬送用イナートガスとしての窒素ガスによって加圧されて、ガス化炉設備１４へ向けて供給される。イナートガスとは、酸素含有率が約５体積％以下の不活性ガスであり、窒素ガスや二酸化炭素ガスやアルゴンガスなどが代表例であるが、必ずしも約５体積％以下に制限されるものではない。
【００１４】
ガス化炉設備１４は、給炭設備１１で製造された微粉炭が供給されると共に、チャー回収設備１５で回収されたチャー（石炭の未反応分と灰分）が再利用を目的として供給されている。
【００１５】
また、ガス化炉設備１４には、ガスタービン１７（圧縮機６１）からの圧縮空気供給ライン４１が接続されており、ガスタービン１７で圧縮された圧縮空気の一部が昇圧機６８で所定圧力に昇圧されてガス化炉設備１４に供給可能となっている。空気分離設備４２は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第１窒素供給ライン４３によって空気分離設備４２とガス化炉設備１４とが接続されている。そして、この第１窒素供給ライン４３には、給炭設備１１からの給炭ライン１１ａが接続されている。
【００１６】
また、第１窒素供給ライン４３から分岐する第２窒素供給ライン４５もガス化炉設備１４に接続されており、この第２窒素供給ライン４５には、チャー回収設備１５からのチャー戻しライン４６が接続されている。更に、空気分離設備４２は、酸素供給ライン４７によって、圧縮空気供給ライン４１と接続されている。そして、空気分離設備４２によって分離された窒素は、第１窒素供給ライン４３及び第２窒素供給ライン４５を流通することで、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用される。また、空気分離設備４２によって分離された酸素は、酸素供給ライン４７及び圧縮空気供給ライン４１を流通することで、ガス化炉設備１４において酸化剤として利用される。
【００１７】
ガス化炉設備１４は、例えば、２段噴流床形式のガス化炉１０１（図２参照）を備えている。ガス化炉設備１４は、内部に供給された石炭（微粉炭）およびチャーを酸化剤（空気、酸素）により部分燃焼させることでガス化させ生成ガスとする。なお、ガス化炉設備１４は、石炭やチャーに含まれる灰分（スラグ）などをガス化炉１０１外に排出する異物除去設備４８が設けられている。そして、このガス化炉設備１４には、チャー回収設備１５に向けて生成ガスを供給する生成ガスライン４９が接続されており、チャーを含む生成ガスが排出可能となっている。この場合、図２に示すように、生成ガスライン４９にシンガスクーラ１０２（ガス冷却器）を設けることで、生成ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収設備１５に供給してもよい。
【００１８】
チャー回収設備１５は、集塵設備５１と供給ホッパ５２とを備えている。この場合、集塵設備５１は、１つまたは複数のサイクロンやポーラスフィルタにより構成され、ガス化炉設備１４で生成された生成ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された生成ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製設備１６に送られる。供給ホッパ５２は、集塵設備５１で生成ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、集塵設備５１と供給ホッパ５２との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ５２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ５２からのチャー戻しライン４６が第２窒素供給ライン４５に接続されている。
【００１９】
ガス精製設備１６は、チャー回収設備１５によりチャーが分離された生成ガスに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。そして、ガス精製設備１６は、生成ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン１７に供給する。なお、チャーが分離された生成ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ２Ｓなど）が含まれているため、このガス精製設備１６では、アミン吸収液などによって硫黄分を除去回収して、有効利用する。
【００２０】
ガスタービン１７は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を備えており、圧縮機６１とタービン６３とは、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２には、圧縮機６１からの圧縮空気供給ライン６５が接続されると共に、ガス精製設備１６からの燃料ガス供給ライン６６が接続され、また、タービン６３に向かって延びる燃焼ガス供給ライン６７が接続されている。また、ガスタービン１７は、圧縮機６１からガス化炉設備１４に延びる圧縮空気供給ライン４１が設けられており、中途部に昇圧機６８が設けられている。従って、燃焼器６２では、圧縮機６１から供給された圧縮空気の一部とガス精製設備１６から供給された燃料ガスの少なくとも一部とを混合して燃焼させることで燃焼ガスを発生させ、発生させた燃焼ガスをタービン６３へ向けて供給する。そして、タービン６３は、供給された燃焼ガスにより回転軸６４を回転駆動させることで発電機１９を回転駆動させる。
【００２１】
蒸気タービン１８は、ガスタービン１７の回転軸６４に連結されるタービン６９を備えており、発電機１９は、この回転軸６４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン１７（タービン６３）からの排ガスライン７０が接続されており、排熱回収ボイラ２０への給水とタービン６３の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そして、排熱回収ボイラ２０は、蒸気タービン１８のタービン６９との間に蒸気供給ライン７１が設けられると共に蒸気回収ライン７２が設けられ、蒸気回収ライン７２に復水器７３が設けられている。また、排熱回収ボイラ２０で生成する蒸気には、ガス化炉１０１のシンガスクーラ１０２で生成ガスと熱交換して生成された蒸気を含んでもよい。従って、蒸気タービン１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン６９が回転駆動し、回転軸６４を回転させることで発電機１９を回転駆動させる。
【００２２】
そして、排熱回収ボイラ２０の出口から煙突７５までには、ガス浄化設備７４を備えている。
【００２３】
ここで、本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０の作動について説明する。
【００２４】
本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０において、給炭設備１１に原炭（石炭）が供給されると、石炭は、給炭設備１１において細かい粒子状に粉砕されることで微粉炭となる。給炭設備１１で製造された微粉炭は、空気分離設備４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン４３を流通してガス化炉設備１４に供給される。また、後述するチャー回収設備１５で回収されたチャーが、空気分離設備４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン４５を流通してガス化炉設備１４に供給される。更に、後述するガスタービン１７から抽気された圧縮空気が昇圧機６８で昇圧された後、空気分離設備４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン４１を通してガス化炉設備１４に供給される。
【００２５】
ガス化炉設備１４では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気（酸素）により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、生成ガスを生成する。そして、この生成ガスは、ガス化炉設備１４から生成ガスライン４９を通って排出され、チャー回収設備１５に送られる。
【００２６】
このチャー回収設備１５にて、生成ガスは、まず、集塵設備５１に供給されることで、生成ガスに含有する微粒のチャーが分離される。そして、チャーが分離された生成ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製設備１６に送られる。一方、生成ガスから分離した微粒のチャーは、供給ホッパ５２に堆積され、チャー戻しライン４６を通ってガス化炉設備１４に戻されてリサイクルされる。
【００２７】
チャー回収設備１５によりチャーが分離された生成ガスは、ガス精製設備１６にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれてガス精製され、燃料ガスが製造される。圧縮機６１が圧縮空気を生成して燃焼器６２に供給する。この燃焼器６２は、圧縮機６１から供給される圧縮空気と、ガス精製設備１６から供給される燃料ガスとを混合し、燃焼することで燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスによりタービン６３を回転駆動することで、回転軸６４を介して圧縮機６１及び発電機１９を回転駆動する。このようにして、ガスタービン１７は発電を行うことができる。
【００２８】
そして、排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン１７におけるタービン６３から排出された排ガスと排熱回収ボイラ２０への給水とで熱交換を行うことにより蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン１８に供給する。蒸気タービン１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン６９を回転駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を回転駆動し、発電を行うことができる。なお、ガスタービン１７と蒸気タービン１８は同一軸として１つの発電機１９を回転駆動しなくてもよく、別の軸として複数の発電機を回転駆動しても良い。
【００２９】
その後、ガス浄化設備７４では、排熱回収ボイラ２０から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排気ガスが煙突７５から大気へ放出される。
【００３０】
次に、図１に示すガス化炉設備１４が備えるガス化炉１０１について図２を参照して説明する。
ガス化炉１０１は、鉛直方向に延びて形成されており、鉛直方向の下方側に微粉炭及び酸素が供給され、部分燃焼させてガス化した生成ガスが鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通している。ガス化炉１０１は、圧力容器１１０と、圧力容器１１０の内部に設けられるガス化炉壁（炉壁）１１１とを有している。
【００３１】
そして、ガス化炉１０１は、圧力容器１１０とガス化炉壁１１１との間の空間にアニュラス部１１５を形成している。また、ガス化炉１０１は、ガス化炉壁１１１の内部の空間において、鉛直方向の下方側（つまり、生成ガスの流通方向の上流側）から順に、コンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７、リダクタ部１１８を形成している。
【００３２】
圧力容器１１０は、内部が中空空間となる筒形状に形成され、上端部にガス排出口１２１が形成される一方、下端部（底部）にスラグホッパ１２２が形成されている。ガス化炉壁１１１は、内部が中空空間となる筒形状に形成され、その壁面が圧力容器１１０の内面と対向して設けられている。本実施形態では圧力容器１１０は例えば円筒形状で、ガス化炉壁１１１のディフューザ部１１７も例えば円筒形状に形成されている。そして、ガス化炉壁１１１は、図示しない支持部材により圧力容器１１０内面に連結されている。
【００３３】
ガス化炉壁１１１は、圧力容器１１０の内部を内部空間１５４と外部空間１５６に分離する。ガス化炉壁１１１は、横断面形状がコンバスタ部１１６とリダクタ部１１８との間のディフューザ部１１７で変化する形状とされている。ガス化炉壁１１１は、鉛直上方側となるその上端部が、圧力容器１１０のガス排出口１２１に接続され、鉛直下方側となるその下端部が圧力容器１１０の底部と隙間を空けて設けられている。そして、圧力容器１１０の底部に形成されるスラグホッパ１２２には、貯留水が溜められており、ガス化炉壁１１１の下端部が貯留水に浸水することで、ガス化炉壁１１１の内外を封止している。ガス化炉壁１１１には、バーナ１２６、１２７が挿入され、内部空間１５４にシンガスクーラ１０２が配置されている。
【００３４】
アニュラス部１１５は、圧力容器１１０の内側とガス化炉壁１１１の外側に形成された空間、つまり外部空間１５６であり、例えば空気分離設備４２で分離された不活性ガスである窒素が、図示しない窒素供給ラインを通って供給される。このため、アニュラス部１１５は、窒素が充満する空間となる。なお、このアニュラス部１１５の鉛直方向の上部付近には、ガス化炉１０１内を均圧にするための図示しない炉内均圧管が設けられている。炉内均圧管は、ガス化炉壁１１１の内外を連通して設けられ、ガス化炉壁１１１の内部（コンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７及びリダクタ部１１８）と外部（アニュラス部１１５）との圧力差を所定圧力以内となるよう略均圧にしている。
【００３５】
コンバスタ部１１６は、微粉炭及びチャーと空気とを一部燃焼させる空間となっており、本実施形態では、コンバスタ部１１６におけるガス化炉壁１１１には、複数のバーナ１２６からなる燃焼装置が配置されている。コンバスタ部１１６で微粉炭及びチャーの一部を燃焼した高温の燃焼ガスは、ディフューザ部１１７を通過してリダクタ部１１８に流入する。
【００３６】
リダクタ部１１８は、ガス化反応に必要な高温状態に維持されコンバスタ部１１６からの燃焼ガスに微粉炭を供給し部分酸化燃焼させて、微粉炭を揮発分（一酸化炭素、水素、低級炭化水素等）へと分解してガス化されて生成ガスを生成する空間となっており、リダクタ部１１８におけるガス化炉壁１１１には、複数のバーナ１２７からなる燃焼装置が配置されている。
【００３７】
シンガスクーラ１０２は、ガス化炉壁１１１の内部に設けられると共に、リダクタ部１１８のバーナ１２７の鉛直方向の上方側に設けられている。シンガスクーラ１０２は熱交換器であり、ガス化炉壁１１１の鉛直方向の下方側（生成ガスの流通方向の上流側）から順に、蒸発器（エバポレータ）１３１、過熱器（スーパーヒータ）１３２、節炭器（エコノマイザ）１３４が配置されている。これらのシンガスクーラ１０２は、リダクタ部１１８において生成された生成ガスと熱交換を行うことで、生成ガスを冷却する。また、蒸発器（エバポレータ）１３１、過熱器（スーパーヒータ）１３２、節炭器（エコノマイザ）１３４は、図に記載されたその数量を限定するものではない。
【００３８】
次に、本実施形態のガス化炉１０１が備えるスラグ溶融バーナ装置２００について図面を参照して説明する。図３は、図２に示すスラグ溶融バーナ装置２００へ酸化剤を供給する酸化剤供給系統３００および燃料流体を供給する燃料供給系統４００を示す図である。図４は、図３におけるスラグ溶融バーナ装置の近傍の断面図である。図５は、図４に示すスラグ溶融バーナ装置２００の概略断面図である。図６は、図５に示すスラグ溶融バーナ装置２００のＡ−Ａ矢視断面図である。図７は、図５に示すスラグ溶融バーナ装置２００の斜視図である。図８は、図５に示すスラグ溶融バーナ装置２００の内部構造を示す斜視図である。
【００３９】
図２に示すように、スラグ溶融バーナ装置２００は、ガス化炉壁１１１の内部空間であってコンバスタ部１１６の下方に設けられるスラグ溶融バーナ燃焼室１１９に配置される装置である。スラグ溶融バーナ装置２００は、酸化剤を供給する酸化剤供給配管２１０と、燃料流体を供給する燃料供給配管２２０を備える。本実施形態において、酸化剤は例えば酸素であるが、他の酸化剤を用いてもよい。また、本実施形態において、燃料流体は、例えば天然ガス（ＬＮＧ）であるが、他の燃料流体を用いてもよい。
【００４０】
図３に示すように、酸化剤供給系統３００は、酸素供給設備３１０と、酸素弁３２０とを備える。燃料供給系統４００は、燃料供給設備４１０と、燃料流体弁４２０とを備える。制御装置（図示略）により酸素弁３２０および燃料流体弁４２０の開度を制御することにより、酸化剤供給配管２１０に供給される酸化剤の供給量、および燃料供給配管２２０に供給される燃料流体の供給量が調整される。
【００４１】
図４に示すように、スラグ溶融バーナ装置２００は、スラグホールＨに付着し、あるいはスラグホールＨから下方へ流下するスラグＳを火炎により加熱流動させる装置である。スラグＳは、石炭などの炭素含有固体燃料の灰分が溶融したものである。スラグ溶融バーナ装置２００は、酸化剤および燃料流体の噴射方向の中心軸となるバーナ軸線Ｘ１が、スラグホール中心点（スラグホールＨの下縁を形成する円の中心）Ｃを通るようにガス化炉壁１１１に設けられたシールボックス１１１ａを介してガス化炉壁１１１に取り付けられている。
【００４２】
図４に示すようにスラグホールＨからスラグＳが流下している場合、スラグ溶融バーナ装置２００の先端は、スラグＳに近接した位置に配置される。この場合、スラグ溶融バーナ装置２００の先端領域は、スラグＳを含めたスラグ溶融バーナ燃焼室１１９からの輻射熱と、自身が生成した火炎による跳ね返りの熱（主として輻射熱）影響を受けてしまう。そのため、スラグ溶融バーナ装置２００の先端領域を適切に冷却することが必要である。
【００４３】
スラグ溶融バーナ装置２００は、図４に示すように着火して使用する時にはスラグ溶融バーナ燃焼室１１９でスラグ溶融バーナ装置２００の先端部がスラグホールＨに近接した所定位置に配置されて、火炎によりスラグＳを加熱流動させるが、スラグ溶融バーナ装置２００を不要時には、スラグ溶融バーナ装置２００が延びる軸線Ｘ２に沿ってガス化炉壁１１１側に移動させて、スラグ溶融バーナ燃焼室１１９の内部から引き抜くことが可能な構造となっている。そのため、スラグ溶融バーナ装置２００は、未使用時にはスラグ溶融バーナ燃焼室１１９の内部から引き抜かれた状態となり、スラグ溶融バーナ装置２００を高温雰囲気から擁護するようにしても良い。
【００４４】
図５に示すように、スラグ溶融バーナ装置２００は、バーナ先端部２３０と、バーナ本体部２４０と、接合部２５０と、内筒部２６０と、を備える。
【００４５】
バーナ先端部２３０は、スラグ溶融バーナ装置２００が延びる軸線Ｘ２の先端に設けられる部材であり、スラグホールＨに近接した所定位置に配置される。バーナ先端部２３０は、酸化剤供給配管２１０から供給される酸化剤をスラグ溶融バーナ燃焼室１１９へ噴出する複数の酸化剤噴出口２３１と、燃料供給配管２２０から供給される燃料流体をスラグホールＨから流下するスラグＳへ向けて噴出する燃料噴出口２３２とを有する。
【００４６】
バーナ先端部２３０は、平坦面２３３を有する噴出部２３０Ａと、バーナ本体部２４０に連結される連結部２３０Ｂと、を有する。図５に示すように、バーナ先端部２３０は、噴出部２３０Ａと連結部２３０Ｂを一体に形成した単一の部材である。バーナ先端部２３０は、例えば、耐熱性および耐腐食性に優れたニッケル基合金により形成されている。
【００４７】
本実施形態では、噴出部２３０Ａが有する平坦面２３３は、鉛直方向の斜め上方にスラグホールＨに向けて傾斜する面になるよう配置されている。酸化剤噴出口２３１および燃料噴出口２３２は、平坦面２３３に開口するように形成されている。また、上述した実施形態では噴出部２３０Ａが有する平坦面２３３は、鉛直方向の斜め上方にスラグホールＨに向けて傾斜するように配置されているが、噴出部２３０Ａが有する平坦面２３３は、鉛直方向から傾斜する形状や軸線Ｘ２方向に対する角度は限定をしない。火炎の噴射方向はスラグＳなどの加熱流動する対象物に対して向けることができれば、例えば、鉛直方向の斜め下方、垂直方向などとしてもよい。連結部２３０Ｂは、軸線Ｘ２方向に沿って延びるように円筒状に形成される外周面を有する部材である。
【００４８】
図７の斜視図に示すように、燃料噴出口２３２は、平坦面２３３の例えば略中央位置の１箇所に設けられている。酸化剤噴出口２３１は、燃料噴出口２３２を取り囲むように例えば４箇所に設けられている。なお、燃料噴出口２３２は、１箇所以上の複数箇所に設けるようにしてもよく、酸化剤噴出口２３１は、４箇所以上の複数箇所に設けるようにしてもよい。
【００４９】
図５に示すように、バーナ先端部２３０は、酸化剤噴出口２３１へ酸化剤を導く第１酸化剤流路２３１ａと、酸化剤供給配管２１０から第１酸化剤流路２３１ａへ酸化剤を導くにあたり、第２酸化剤流路２３１ｂを加工して設置し易いように一部が屈曲するように内部に形成されている。また、バーナ先端部２３０は、燃料噴出口２３２へ燃料流体を導く第１燃料流路２３２ａと、燃料供給配管２２０から第１燃料流路２３２ａへ燃料流体を導く第２燃料流路２３２ｂを加工しやすいように一部が屈曲するように内部に形成されている。
【００５０】
図５に示すように、バーナ先端部２３０のバーナ本体部２４０側には、軸線Ｘ２の位置に形成されるとともにバーナ本体部２４０側に突出した凸部２３４と、凸部２３４よりも平坦面２３３側に凹んだ凹部２３５とが形成されている。凸部２３４には、酸化剤供給配管２１０の一端部および燃料供給配管２２０の一端部が挿入されている。図６に示すように、凹部２３５は、軸線Ｘ２回りの周方向に沿って凸部２３４を取り囲むように形成されている。
図５に示すように、凹部２３５は、内筒部２６０のバーナ先端部２３０側の一端部を収容する空間となっている。
【００５１】
図５に示すように、バーナ先端部２３０の内側から形成される凹部２３５は、軸線Ｘ２に沿った方向において上方側における深さよりも下方側における深さが深くなっている。これは、凹部２３５の底部（最も平坦面２３３に近接した部分）から平坦面２３３までの距離が同等になるようにしたものである。また凹部２３５の底部から平坦面２３３までの距離は噴出部２３０Ａの機械的強度を確保できる範囲で、短くすることが好ましい。凹部２３５内には、後述するように冷却水Ｗが流通することによりバーナ先端部２３０が冷却されるため、平坦面２３３から凹部２３５の底部までの距離を同等とすることにより、平坦面２３３の各位置で同等の冷却効果が得られる。
【００５２】
バーナ本体部２４０は、バーナ先端部２３０に連結されるとともに軸線Ｘ２方向に沿って延びる筒状に形成される部材である。バーナ本体部２４０は、例えば、ステンレス系金属材料により形成されている。バーナ本体部２４０は、バーナ先端部２３０に連結されるように、バーナ先端部２３０の連結部２３０Ｂと同一の外径を有する。
【００５３】
接合部２５０は、バーナ先端部２３０が有する連結部２３０Ｂのバーナ本体部２４０の側の端部と、バーナ本体部２４０のバーナ先端部２３０側の端部とを例えば溶接により接合した部分である。接合部２５０は、軸線Ｘ２回りの周方向の全周に設けられていて、接合部２５０の内周側には、後述するように冷却水Ｗが流通す流路が形成される。バーナ先端部２３０とバーナ本体部２４０とは、接合部２５０によって、軸線Ｘ２回りの周方向の全周の領域で連結されている。
【００５４】
バーナ先端部２３０が接合部２５０を介してバーナ本体部２４０に接合されているため、接合部２５０を取り外すことにより、バーナ本体部２４０に連結されるバーナ先端部２３０が形成する酸化剤噴出口２３１および燃料噴出口２３２を他の形状のものに変更することができる。例えば、酸化剤噴出口２３１および燃料噴出口２３２の口径の異なるバーナ先端部２３０に変更することにより、スラグ溶融バーナ装置２００より噴射する火炎の性状を調整することができる。
【００５５】
内筒部２６０は、軸線Ｘ２方向に沿って延びる円筒状に形成されるとともにバーナ本体部２４０の内側に配置される部材である。図５に示すように、内筒部２６０は、第１内筒部材２６１と、第２内筒部材２６２と、第１規制部材２６３と、第２規制部材２６４と、を有する。本実施形態のスラグ溶融バーナ装置２００は、バーナ本体部２４０の内側に内筒部２６０を配置した二重管構造となっている。
【００５６】
第１内筒部材２６１は、内筒部２６０の基端側に設けられるとともに軸線Ｘ２方向に沿って延びる円筒状に形成される部材である。第１内筒部材２６１の内周側には、酸化剤供給配管２１０と燃料供給配管２２０が配置される。第１内筒部材２６１のバーナ先端部２３０側の端部は、第２内筒部材２６２のバーナ本体部２４０側の端部に溶接により軸線Ｘ２回りの周方向の全周が接合されている。
【００５７】
第１内筒部材２６１の内周側の空間には、バーナ本体部２４０からバーナ先端部２３０へ向けた方向に冷却水供給設備（図示略）から供給される冷却水（冷却媒体）Ｗが供給される。冷却水供給設備から供給される冷却水Ｗの圧力（例えば、５〜６ＭＰａ）は、スラグ溶融バーナ燃焼室１１９の圧力（例えば、２〜３ＭＰａ）よりも大きい。
【００５８】
第１内筒部材２６１の外周面とバーナ本体部２４０の内周面との間には、冷却水Ｗを流通させる流通流路ＦＰが形成されている。図５および図８に示すように、第１内筒部材２６１の内周側の空間に供給された冷却水Ｗは、内筒部２６０と凹部２３５との間に形成される冷却流路ＣＰを介して、流通流路ＦＰに導かれる。
【００５９】
第２内筒部材２６２は、内筒部２６０の先端側に設けられるとともに軸線Ｘ２方向に沿って延びる円筒状に形成される部材である。第２内筒部材２６２の内周側には、酸化剤供給配管２１０と燃料供給配管２２０とバーナ先端部２３０の凸部２３４が配置される。第２内筒部材２６２のバーナ本体部２４０側の端部は、第１内筒部材２６１のバーナ先端部２３０側の端部に例えば溶接により接合されている。
【００６０】
第１規制部材２６３は、第２内筒部材２６２の先端側の内周面に取り付けられる部材である。第１規制部材２６３は、本実施形態ではバーナ先端部２３０の凹部２３５の上方側に挿入された状態で配置される。凹部２３５に第１規制部材２６３を挿入することにより、凹部２３５と内筒部２６０との間に形成される空間である冷却流路ＣＰが、内筒部２６０の内周側を冷却水Ｗが流通する空間よりも狭くなるように規制される。
【００６１】
第２規制部材２６４は、第２内筒部材２６２の先端側の内周面に取り付けられる部材である。第２規制部材２６４は、本実施形態ではバーナ先端部２３０の凹部２３５の下方側に挿入された状態で配置される。凹部２３５に第２規制部材２６４を挿入することにより、凹部２３５と内筒部２６０との間に形成される空間である冷却流路ＣＰが、内筒部２６０の内周側を冷却水Ｗが流通する空間よりも狭くなるように規制される。
【００６２】
このように、凹部２３５および内筒部２６０は、内筒部２６０のバーナ先端部２３０側の端部を凹部２３５に挿入することにより、内筒部２６０の内周側から凹部２３５の底部に向けて導かれる冷却水Ｗを流通流路ＦＰへ導く冷却流路ＣＰを形成する。冷却流路ＣＰは、第１規制部材２６３および第２規制部材２６４により、内筒部２６０の内周側を冷却水Ｗが流通する空間よりも流路幅が狭くなるように規制されている。
【００６３】
第１規制部材２６３および第２規制部材２６４により規制された流路は冷却流路ＣＰと流路断面積が均一となり流通する冷却水Ｗの流量が一定となり凹部２３５に均等に冷却水Ｗを導くことができる。また、冷却流路ＣＰは狭いほど冷却水Ｗの流通速度が増加して熱伝達率が向上するため、高い流通速度で流通する冷却水Ｗによってバーナ先端部２３０を効率よく冷却することができる。
【００６４】
以上説明した本実施形態のスラグ溶融バーナ装置２００が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態のスラグ溶融バーナ装置２００によれば、バーナ先端部２３０が、内筒部２６０の端部を収容する凹部２３５と、酸化剤噴出口２３１へ酸化剤を導く第１酸化剤流路２３１ａ、第２酸化剤流路２３１ｂと、燃料噴出口２３２へ燃料流体を導く第１燃料流路２３２ａ、第２燃料流路２３２ｂとが形成された単一の部材となっている。
【００６５】
バーナ先端部２３０が複数の部材を接続する構造ではないため、複数の部材の接続部分から燃料流体および酸化剤が漏れて燃料流体に着火することで接続部分が焼損することがない。また、冷却水Ｗによる冷却効果を、複数部材を接続する構造の接触部分のように熱伝達が阻害されることがなく、冷却水Ｗによる熱伝達を単一の部材の全体に伝搬させることができる。
【００６６】
そのため、複数部材を接続する構造に比べ、焼損する可能性を抑制することができる。また、スラグＳを含めたスラグ溶融バーナ燃焼室１１９からの輻射熱や、スラグ溶融バーナ装置２００自身が生成する火炎の熱に対して、複数部材を接続する構造の接触部分のように熱伝達が阻害されることがなく、単一の部材の全体に伝搬しつつ、冷却水Ｗへと伝搬させることができるため、複数の部材を接続する構造に比べ、焼損する可能性を抑制することができる。
【００６７】
また、バーナ先端部２３０が複数の部材を接続する構造ではないため、スラグ溶融バーナ装置２００の点火および消火時に熱影響を受けて温度差が大きくなり熱伸び差が生じる場合であっても燃料流体および酸化剤の漏出による接続部分の焼損の可能性を抑制することができる。
【００６８】
また、本実施形態のスラグ溶融バーナ装置２００によれば、バーナ先端部２３０のバーナ本体部２４０の側の端部と、バーナ本体部２４０のバーナ先端部２３０の側の端部とが接合部２５０により接合されている。スラグ溶融バーナ燃焼室１１９からの輻射熱による影響の少ない位置でバーナ先端部２３０とバーナ本体部２４０とが接合されるため、これらの接合位置が焼損する不具合を抑制することができる。さらには、接合部２５０の内周側には、冷却水Ｗが流通する流路が形成されているので、接合位置が焼損する不具合を抑制することができる。
【００６９】
また、本実施形態のスラグ溶融バーナ装置２００によれば、バーナ先端部２３０がバーナ本体部２４０に連結される連結部２３０Ｂを有し、連結部２３０Ｂとバーナ本体部２４０のバーナ先端部２３０の側の端部とが溶接により接合されている。連結部２３０Ｂと筒状のバーナ本体部２４０を接合しているため、バーナ本体部２４０が延びる軸線Ｘ２回りの全周においてバーナ先端部２３０とバーナ本体部２４０とを強固に接合することができる。
【００７０】
なお、上記実施形態では、微粉炭から可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉を備えたＩＧＣＣを一例として説明したが、本開示のガス化炉設備は、例えば間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ等のバイオマス燃料など、他の炭素含有固体燃料をガス化するものにも適用可能である。また、本開示のガス化炉設備は、発電用に限らず、所望の化学物質を得る化学プラント用ガス化炉にも適用可能である。
【００７１】
また、上述した実施形態では、燃料として石炭を使用したが、高品位炭や低品位炭など他の炭素含有固体燃料であっても適用可能であり、また、石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマス燃料であってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などを使用することも可能である。なお、本実施形態はガス化炉１０１として、タワー型ガス化炉について説明してきたが、ガス化炉１０１はクロスオーバー型ガス化炉でも、ガス化炉１０１内の各機器の鉛直上下方向を生成ガスのガス流れ方向を合わせるように置き換えることで、同様に実施が可能である。
【００７２】
以上の説明において、噴出部２３０Ａが有する平坦面２３３は、鉛直方向の斜め上方にスラグホールＨに向けて傾斜するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、バーナ本体部２４０が延びる軸線Ｘ２に直交する方向に向けるようにしてもよい。また、例えば、鉛直方向の斜め下方に向けて傾斜するものとしてもよい。
【００７３】
以上説明した実施形態に記載のバーナ装置は、例えば以下のように把握される。
本開示に係るバーナ装置（２００）は、酸化剤を供給する酸化剤供給配管（２１０）と、燃料流体を供給する燃料供給配管（２２０）と、酸化剤供給配管（２１０）から供給される酸化剤を噴出する酸化剤噴出口（２３１）と、燃料供給配管（２２０）から供給される燃料流体を噴出する燃料噴出口（２３２）とを有するバーナ先端部（２３０）と、バーナ先端部（２３０）に連結されるとともに軸線（Ｘ２）方向に沿って延びる筒状に形成されるバーナ本体部（２４０）と、軸線（Ｘ２）方向に沿って延びる筒状に形成されるとともにバーナ本体部（２４０）の内側に配置される内筒部（２６０）と、を備え、バーナ先端部（２３０）は、内筒部（２６０）の一端部を収容する凹部（２３５）と、酸化剤噴出口（２３１）へ酸化剤を導く酸化剤流路（２３１ａ，２３１ｂ）と、燃料噴出口（２３２）へ燃料流体を導く燃料流路（２３２ａ，２３２ｂ）とが形成された単一の部材であり、記凹部（２３５）および内筒部（２６０）は、内筒部（２６０）の内周側から凹部（２３５）に向けて導かれる冷却媒体を内筒部（２６０）とバーナ本体部（２４０）との間に形成される流通流路（ＦＰ）へ導く冷却流路（ＣＰ）を形成する。
【００７４】
本開示に係るスラグ溶融バーナ装置（２００）によれば、バーナ先端部（２３０）が、内筒部（２６０）の一端部を収容する凹部（２３５）と、酸化剤噴出口（２３１）へ酸化剤を導く酸化剤流路（２３１ａ，２３１ｂ）と、燃料噴出口（２３２）へ燃料流体を導く燃料流路（２３２ａ，２３２ｂ）とが形成された単一の部材となっている。
【００７５】
バーナ先端部（２３０）が複数の部材を接続する構造ではないため、複数の部材の接続部分から燃料流体および酸化剤が漏れて燃料流体が着火して接続部分が焼損することがない。また、スラグ（Ｓ）を含めたスラグ溶融バーナ燃焼室（１１９）からの輻射熱や、バーナ装置（２００）自身が生成する火炎に対して、複数部材を接続する構造の接触部分のように熱伝達が阻害されることがなく、単一の部材の全体に伝搬しつつ、冷却水（Ｗ）させて冷却することができるため、複数の部材を接続する構造に比べ、焼損する可能性を抑制することができる。
【００７６】
また、バーナ先端部（２３０）が複数の部材を接続する構造ではないため、スラグ溶融バーナ装置２００の点火および消火時に熱影響を受けて温度差が大きくなり熱伸び差が生じる場合であっても、燃料流体および酸化剤の漏出による接続部分の焼損の可能性を抑制することができる。
【００７７】
本開示に係るバーナ装置（２００）は、バーナ先端部（２３０）のバーナ本体部（２４０）側の端部と、バーナ本体部（２４０）のバーナ先端部（２３０）側の端部とを溶接により接合した接合部（２５０）を備える。
本開示に係るバーナ装置（２００）によれば、スラグ溶融バーナ燃焼室（１１９）からの輻射熱による影響の少ない位置でバーナ先端部（２３０）とバーナ本体部（２４０）とが接合されるため、これらの接合位置が焼損する不具合を抑制することができる。また、接合部（２５０）の内周側には、冷却水が流通す流路が形成されているので、接合位置が焼損する不具合を抑制することができる。
【００７８】
本開示に係るバーナ装置（２００）において、バーナ先端部（２３０）は、酸化剤噴出口（２３１）および燃料噴出口（２３２）が形成される平坦面（２３３）を有する噴出部（２３０Ａ）と、バーナ本体部（２４０）に連結される連結部（２３０Ｂ）を有し、接合部（２５０）は、連結部（２３０Ｂ）とバーナ本体部（２４０）のバーナ先端部（２３０）側の端部を溶接により接合する。
本開示に係るバーナ装置（２００）によれば、連結部（２３０Ｂ）と筒状のバーナ本体部（２４０）を接合しているため、バーナ本体部（２４０）が延びる軸線（Ｘ２）回りの全周においてバーナ先端部（２３０）とバーナ本体部（２４０）とを強固に接合することができる。
【００７９】
以上説明した実施形態に記載のガス化炉は、例えば以下のように把握される。
本開示に係るガス化炉（１０１）は、上記のいずれかに記載のバーナ装置（２００）を備え、炭素含有固体燃料を燃焼させてガス化するガス化炉（１０１）であって、バーナ装置（２００）が、炭素含有固体燃料中の灰分が溶融・捕集されたスラグ（Ｓ）を加熱流動させる。
本開示に係るガス化炉（１０１）によれば、バーナ先端部（２３０）の焼損および脱落を防止することが可能なバーナ装置（２００）を備えるガス化炉（１０１）を提供することができる。
【００８０】
なお、上述した実施形態では、ガス化炉設備（１４）に用いるガス化炉（１０１）に適用するバーナ装置（２００）について説明したが、スラグ溶融に限定されずに、高温の火炎や燃焼ガスを必要とするバーナ装置（２００）についても適用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１０      石炭ガス化複合発電設備
１４      ガス化炉設備
１０１    ガス化炉
１１６    コンバスタ部
１１７    ディフューザ部
１１８    リダクタ部
１１９    スラグ溶融バーナ燃焼室
２００    スラグ溶融バーナ装置（バーナ装置）
２１０    酸化剤供給配管
２２０    燃料供給配管
２３０    バーナ先端部
２３０Ａ  噴出部
２３０Ｂ  連結部
２３１    酸化剤噴出口
２３１ａ  第１酸化剤流路
２３１ｂ  第２酸化剤流路
２３２    燃料噴出口
２３２ａ  第１燃料流路
２３２ｂ  第２燃料流路
２３３    平坦面
２３４    凸部
２３５    凹部
２４０    バーナ本体部
２５０    接合部
２６０    内筒部
２６１    第１内筒部材
２６２    第２内筒部材
２６３    第１規制部材
２６４    第２規制部材
３００    酸化剤供給系統
３１０    酸素供給設備
３２０    酸素弁
４００    燃料供給系統
４１０    燃料供給設備
４２０    燃料流体弁
ＣＰ      冷却流路
ＦＰ      流通流路
Ｈ        スラグホール
Ｓ        スラグ
Ｗ        冷却水
Ｘ１      バーナ軸線
Ｘ２      軸線
【図１】
0003223485.tif 000003
【図２】
0003223485.tif 000004
【図３】
0003223485.tif 000005
【図４】
0003223485.tif 000006
【図５】
0003223485.tif 000007
【図６】
0003223485.tif 000008
【図７】
0003223485.tif 000009
【図８】
0003223485.tif 000010