JP2010106132A - 固体燃料ガス化バーナ及び固体燃料ガス化バーナを備えたガス化炉 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、固体燃料ガス化バーナの先端部材やバーナ先端近傍のガス化炉の壁面材に高温領域の発生を抑制して安全なガス化炉の操業を可能にする固体燃料ガス化バーナを提供する。
【解決手段】本発明の固体燃料ガス化バーナは、固体燃料と搬送用気体との混合流体を流通させてガス化炉に噴出する固体燃料流路を形成する固体燃料搬送管と、前記固体燃料搬送管の内周側に配設しガス化剤を流通させてガス化炉に噴出するガス化剤流路を形成するガス化剤搬送管と、前記固体燃料搬送管の外周側に配設し冷却媒体を流通させる流路断面が環状の冷却媒体流路を形成する外筒管と、この外筒管に接続され冷却媒体を該冷却媒体流路に導入する冷却媒体入口管と、この外筒管に接続され冷却媒体を該冷却媒体流路から導出する冷却媒体出口管と、を備えて構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭などの炭素と水素を含有し微粉砕した固体燃料を搬送用気体との混合流体としてガス化炉に供給し、ガス化剤と反応させた部分燃焼によって可燃ガスを生成するガス化炉に設置する固体燃料ガス化バーナ、並びにこの固体燃料ガス化バーナを備えたガス化炉に関する。

ガス化炉の方式には主に３つの形式がある。即ち、ガス化炉のガス化反応部の内部を形成する構成としては、固定層、流動層、及び噴流層（または気流層）に分けられる。

これらの３つの形式のガス化炉のうち、噴流層はガス化炉内が空間であり、その中にバーナから炭素と水素を含有する燃料とガス化剤を噴出し、上記ガス化炉の空間内で燃料とガス化剤とを部分燃焼させたガス化反応によって一酸化炭素や水素を主成分とする高温の可燃ガスを生成させる。

また、気流層の構成のガス化炉に石炭などの固体燃料を供給する方法には大きく２つある。即ち、乾式供給法と湿式供給法である。

固体燃料を供給する乾式供給法は、固体燃料を微粉砕し、窒素や空気などの搬送用気体の流れによって管路を搬送してガス化炉に供給する方法である。

一方、固体燃料を供給する湿式供給法は、固体燃料を微粉砕した後に、水と混合してスラリとして、ポンプなどを介して管路を搬送してガス化炉に供給する方法である。

前記湿式供給方式の場合、固体燃料と水が供給されるため、固体燃料がガス化剤によって部分燃焼して発生した熱が水の蒸発によって消費されるので、火炎の温度が低い。

一方、前記乾式供給方式の場合、水による蒸発熱分がないため、火炎の温度が高くなる。

前記乾式供給方式のバーナとして、特開昭６０−２４３１９５号公報にはバーナの中心管路に搬送用気体とともに固体燃料を流通させ、その外側の管路にガス化剤を流通させる構造の固体燃料ガス化バーナが開示されている。

ガス化炉内には、前記した燃料とガス化剤とを反応させた部分燃焼によるガス化反応によって発生した一酸化炭素や水素などの高温の可燃ガスが充満している。

ところでガス化炉内にバーナから供給されたガス化剤がこの可燃ガスと接触して燃焼すると、固体燃料ガス化バーナのバーナ先端部付近に高温領域が発生する可能性がある。

ガス化剤が可燃ガスと接触して燃焼してバーナ先端部付近に高温領域が発生すると、バーナ先端部材やバーナ先端近傍のガス化炉の壁面材に変形や、亀裂の発生、或いは溶融が生じる可能性が高くなる。

また、乾式供給方式の固体燃料ガス化バーナの別のバーナ構造として、特開平０９−１５７６６４号公報の図１６には、中心管路にガス化剤を流通させ、その外側の管路に搬送用気体とともに固体燃料を流通させる構造の固体燃料ガス化バーナが開示されている。

上記したバーナ構造の場合には、ガス化剤の外側に固体燃料を噴射させることによって、ガス化剤とガス化炉内の可燃ガスとの接触を抑制しているので、ガス化剤と可燃ガスとの接触による燃焼が抑制できる。

前記バーナ構造では、着火性を良くするためにバーナからの噴射後に固体燃料とガス化剤を混合する目的で、固体燃料ガス化バーナに形成された固体燃料流路の先端部が内側の軸心に傾斜した構造となっている。

特開昭６０−２４３１９５号公報 特開平０９−１５７６６４号公報

しかしながら前記特開昭６０−２４３１９５号公報及び特開平０９−１５７６６４号公報等に開示されたバーナ構造においては、ガス化剤中の酸素濃度が高い場合には着火性の問題はなく、むしろ、着火点がバーナの先端に近いことにより、バーナ先端部付近に高温領域が発生し易いという課題がある。

このため、前記バーナ構造においては、バーナ先端部付近に高温領域が発生すると、バーナ先端部材やバーナ設置箇所近傍のガス化炉壁面材に変形や、亀裂が発生したり、溶融が生じたりする可能性が高い。

また特開平０９−１５７６６４号公報に開示された前記バーナ構造では、ドーナツ状に形成された管路を固体燃料と搬送用気体がそれぞれ流通するため、固体燃料が均一の濃度で搬送されずに濃度に濃淡が発生し、局所的にガス化剤と固体燃料の比が崩れて部分的に高温領域が発生する可能性がある。

この場合、固体燃料の濃度が薄い領域ではガス化剤中の酸素が過剰となり、燃料率が上昇することによって温度が上昇することになる。

また逆に固体燃料の濃度が濃い領域では酸素不足となり、燃料率が低下して温度が低下することになる。

そして局所的に高温の領域が発生すると、その近傍のバーナ先端部材やバーナ設置箇所近傍のガス化炉壁面材が変形したり、亀裂が発生したり、溶融したりする可能性が高い。

したがって上記した構成の固体燃料ガス化バーナでは、ガス化炉内に充満する一酸化炭素や水素を主成分とする可燃性気体とガス化バーナに供給されるガス化剤との接触による燃焼でバーナ先端部付近に高温領域が発生したり、又は固体燃料ガス化バーナに供給される固体燃料の濃度のばらつきによって局所的にガス化剤と固体燃料の比が崩れた高温領域が発生することによって、バーナの先端部材やバーナの先端近傍のガス化炉の壁面材に、熱変形や、亀裂、或いは溶融等の不具合が発生する可能性がある。

本発明の目的は、固体燃料ガス化バーナの先端部材やバーナの先端近傍のガス化炉の壁面材に高温領域の発生による不具合を抑制して安全なガス化炉の操業を可能にする固体燃料ガス化バーナ、並びにこの固体燃料ガス化バーナを備えたガス化炉を提供することにある。

本発明の固体燃料ガス化バーナは、石炭などの炭素と水素を含有する固体燃料を搬送用気体との混合流体としてガス化炉に供給し、ガス化剤と反応させて部分燃焼してガス化するガス化炉に設置する固体燃料ガス化バーナにおいて、前記固体燃料ガス化バーナは、固体燃料と搬送用気体との混合流体を流通させてガス化炉に噴出する固体燃料流路を形成する固体燃料搬送管と、前記固体燃料搬送管の内周側に配設しガス化剤を流通させてガス化炉に噴出するガス化剤流路を形成するガス化剤搬送管と、前記固体燃料搬送管の外周側に配設し冷却媒体を流通させる流路断面が環状の冷却媒体流路を形成する外筒管と、この外筒管に接続され冷却媒体を該冷却媒体流路に導入する冷却媒体入口管と、この外筒管に接続され冷却媒体を該冷却媒体流路から導出する冷却媒体出口管と、を備えていることを特徴とする。

また本発明の固体燃料ガス化バーナを備えたガス化炉は、固体燃料ガス化バーナが、石炭などの炭素と水素を含有する固体燃料と搬送用気体との混合流体を流通させてガス化炉に噴出する固体燃料流路を形成する固体燃料搬送管と、前記固体燃料搬送管の内周側に配設しガス化剤を流通させてガス化炉に噴出するガス化剤流路を形成するガス化剤搬送管と、前記固体燃料搬送管の外周側に配設して冷却媒体を流通させる流路断面が環状の冷却媒体流路を形成する外筒管と、外筒管に接続され冷却媒体を該冷却媒体流路に導入する冷却媒体入口管と、外筒管に接続され冷却媒体を該冷却媒体流路から導出する冷却媒体出口管とを備えて構成されており、この固体燃料ガス化バーナをガス化炉に複数個設置してこれらの固体燃料ガス化バーナから供給した固体燃料とガス化剤とをガス化炉内で部分燃焼させて可燃ガスを生成するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、固体燃料ガス化バーナの先端部材やバーナの先端近傍のガス化炉の壁
面材に高温領域の発生による不具合を抑制して安全なガス化炉の操業を可能にする固体燃料ガス化バーナ並びにこの固体燃料ガス化バーナを備えたガス化炉を実現することができる。

本発明の固体燃料ガス化バーナ及び固体燃料ガス化バーナを備えたガス化炉の実施例について図面を引用して以下に説明する。

本発明の第１実施例である固体燃料ガス化バーナについて図１乃至図５を用いて説明する。

図１は本発明の第１実施例である固体燃料ガス化バーナの横断面図であり、図２は図１に示した第１実施例の固体燃料ガス化バーナを先端部から見た図である。

図３は図１に示した第１実施例の固体燃料ガス化バーナの縦断面図であり、図４は図１に示した第１実施例の固体燃料ガス化バーナにおける火炎の温度分布の計算結果例である。

図５は、図１乃至図３に示した第１実施例の固体燃料ガス化バーナ、及び後述する図６及び図７に示した第２実施例の固体燃料ガス化バーナを用いて、固体燃料の搬送状態を変えた場合のバーナ先端部での固体燃料の周方向濃度の標準偏差を示す実測例である。

図１乃至図５に示したように、本発明の実施例である固体燃料ガス化バーナ２０は、円筒形状の外筒管１によって外周側が囲まれており、この外筒管１の内部には複数の管路で形成される複数の流路が構成されている。

固体燃料ガス化バーナ２０の外筒管１の内部に形成された複数の流路のうち、最外周には冷却媒体を旋回させて流通させる環状の冷却媒体流路１１が配設されており、この冷却媒体流路１１の先端部と反対側の端部には冷却媒体を冷却媒体流路１１に導入する冷却媒体入口３１を有する冷却媒体入口管４１、及び導入された冷却媒体を冷却媒体流路１１から導出する冷却媒体出口３２を有する冷却媒体出口管４２が前記外筒管１にそれぞれ接続されている。

固体燃料ガス化バーナ２０の先端部となる前記環状の冷却媒体流路１１の先端部には環状の先端部材２が設置されて該冷却媒体流路１１を閉止しており、この冷却媒体流路１１の内部を冷却媒体となる冷却水や水蒸気を旋回させて流通させることによって固体燃料ガス化バーナ２０を冷却する。

外筒管１に設けた前記冷却媒体流路１１の内部には先端部材２と間隔を持たせて円筒形状の仕切り部材１２が外筒管１の長手方向に沿って同心状に配設されており、この仕切り部材１２の設置によって環状の冷却媒体流路１１は固体燃料ガス化バーナ２０の長手方向に沿って冷却媒体入口管４１と連通した仕切り部材１２の内周側となる第１の冷却流路１１ａと、冷却媒体出口管４２と連通した仕切り部材１２の外周側となる第２の冷却流路１１ｂとに区画している。

そして冷却媒体入口管４１から導入した冷却媒体は、仕切り部材１２の内周側に区画した環状の冷却媒体流路１１である第１の冷却流路１１ａを旋回しながら外筒管１の先端部となる冷却媒体流路１１の先端まで流下させ、その後この冷却媒体の流れ方向を反転させて仕切り部材１２の外周側に区画した環状の冷却媒体流路１１である第２の冷却流路１１ｂを旋回しながら外筒管１の端部に設置した冷却媒体出口管４２まで流通させて外部に導出される。

この環状の冷却媒体流路１１を配設することによって固体燃料ガス化バーナ２０の先端に設けた先端部材２を効果的に冷却している。

また固体燃料ガス化バーナ２０の外筒管１の内部に形成された複数の流路のうち、最外周の冷却媒体管路１１の内側には、この冷却媒体管路１１に隣接して固体燃料及びその搬送気体との混合流体を流通させる固体燃料搬送管３が設置されており、この固体燃料搬送管３の内側に直線状の固体燃料流路１３が形成されている。

固体燃料としては、石炭などの炭素と水素を含有する固体燃料を微粉砕したものを使用しており、この固体燃料を酸素含有率１％以下の搬送用気体との混合流体として固体燃料搬送管３の内側に形成した直線状の固体燃料流路１３を流下させてガス化炉内に供給している。

この固体燃料搬送管３の端部には固体燃料を固体燃料流路１３に導入する固体燃料入口管４３が接続されている。

そして前記固体燃料流路１３に微粉砕された石炭などの炭素と水素を含有する固体燃料が酸素含有率１％以下の搬送用気体との混合流体として固体燃料入口管４３から供給される。

固体燃料ガス化バーナ２０の先端部となる固体燃料流路１３の先端部には固体燃料噴出孔２３が形成されており、混合流体となった固体燃料が固体燃料噴出孔２３から噴出してガス化炉内に供給している。

固体燃料搬送管３と固体燃料入口管４３との接続の仕方として、固体燃料流路１３をその内部に形成する固体燃料搬送管３の中心線と、固体燃料入口管４３を構成する円管の中心線が交差しないように相互にずらせて接続させる。

このように固体燃料搬送管３と固体燃料入口管４３とを接続させることによって、搬送用気体とともに固体燃料入口４３から供給された固体燃料及び搬送用気体との混合流体は、後述するガス化剤搬送管４の外周側に形成された流路断面が環状のドーナツ状となる固体燃料流路１３内を旋回しながら流下して固体燃料流路１３の先端部に形成された固体燃料噴出孔２３の方向に搬送される。なお、固体燃料入口管４３の形状は円管のみならず、矩形の流路でも良い。

前記固体燃料流路１３の内側となる固体燃料ガス化バーナ２０の軸心にはガス化剤を流通させる直線状のガス化剤搬送管４が配設されており、このガス化剤搬送管４の内部に形成される直線状のガス化剤流路１４に空気よりも酸素含有率が高い気体であるガス化剤を流通させて、ガス化剤搬送管４の先端部に形成されたガス化剤噴出孔２４からガス化剤を噴出してガス化炉内に供給している。

ガス化剤としては酸素を２０％以上含む空気、または純酸素が用いられる。

固体燃料ガス化バーナ２０の内部に形成した環状の固体燃料流路１３と直線状のガス化剤流路１４は該固体燃料ガス化バーナ２０の長手方向に沿って略平行に形成されており、環状の固体燃料流路１３を旋回しながら固体燃料及び搬送用気体が流下して先端部の固体燃料噴出孔２３から噴出する固体燃料と、直線状のガス化剤流路１４を流下して先端部のガス化剤噴出孔２４から噴出するガス化剤とはガス化炉内に平行流として供給される。

固体燃料ガス化バーナ２０の先端部から噴出された固体燃料とガス化剤とを略平行流としてガス化炉内に噴出させて、ガス化炉の空間内でこの固体燃料とガス化剤とを部分燃焼させるガス化反応によって一酸化炭素や水素を主成分とする２０００℃〜２５００℃の高温の可燃ガスを生成させ、ガス化炉内に１０００℃〜１８００℃の雰囲気ガスとして充満させている。

図１乃至図５に示した構成の本実施例の固体燃料ガス化バーナ２０の場合では、固体燃料ガス化バーナ２０の内部に形成した固体燃料流路１３とガス化剤流路１４は該固体燃料ガス化バーナ２０の長手方向に沿って平行に形成されているので、固体燃料流路１３の先端部の固体燃料噴出孔２３から噴出する固体燃料と、ガス化剤流路１４の先端部のガス化剤噴出孔２４から噴出するガス化剤とはガス化炉内に平行流として供給されることになる。

この結果、ガス化炉内に噴出されたガス化剤と固体燃料がこの固体燃料ガス化バーナ２０のバーナ先端部近傍で混合して燃焼することが抑制され、バーナの先端部材や、バーナ先端近傍のガス化炉の壁面材に局所的に高温領域が発生することによるバーナの先端部材やガス化炉の壁面材の変形や、亀裂、或いは溶融等の不具合を抑制することが出来る。

一方、固体燃料流路の外周側に環状のガス化剤流路を形成する場合のバーナにおける火炎の温度分布を図９に示す。

本実施例の固体燃料ガス化バーナ２０によれば、ガス火炉内に固体燃料とガス化剤とを略平行流として噴出してガス火炉内でこの固体燃料とガス化剤とを部分燃焼させて形成した２０００℃〜２５００℃の高温の可燃ガスの火炎は、図９に示した温度分布図に比べてバーナの先端から離れた前方の位置に形成させることができる。

これは図４の温度分布図に示したように、高温の２５００Ｋや２０００Ｋの等温線が固体燃料ガス化バーナ２０のバーナ先端部から離れた前方の位置に存在するように火炎を形成させることが可能となる。

以上のことから本実施例の固体燃料ガス化バーナ２０では、バーナ先端部や、バーナ先端近傍のガス化炉の壁面材に、２５００Ｋや２０００Ｋの高温領域の火炎が発生することを回避させることにより、固体燃料ガス化バーナ２０を構成する外筒管１の先端部材２が受ける熱を低減して、バーナの先端部材や、バーナの先端近傍のガス化炉の壁面材に、熱変形や、亀裂、或いは溶融等の不具合が発生することを抑制できる。

ところで固体燃料ガス化バーナ２０としては、固体燃料が固体燃料流路１３の先端部の固体燃料噴出孔２３からガス化炉内に噴出される段階で、固体燃料の濃度が均一の濃度になっている必要がある。

固体燃料流路１３内を流下する固体燃料の濃度が固体燃料搬送管３の周方向に不均一となって固体燃料の濃度が周方向に偏差を生じると、固体燃料の濃度が低い領域ではこの固体燃料の濃度に比べて相対的にガス化剤の濃度が高くなるため、ガス化炉で部分燃焼した場合の燃焼率が高くなって高温化する。

即ち、固体燃料の濃度が不均一になってガス化炉内で部分燃焼した場合に、その部分燃焼が一酸化炭素を生成する段階に止まらずに二酸化酸素を生成してしまう段階まで燃焼が進行してしまう状態となる。

従って、固体燃料ガス化バーナ２０の固体燃料噴出孔２３からガス化炉に噴出される固体燃料の濃度に偏差があると、局所的な高温領域が発生することがある。

そこで、図１乃至図５に示した構成の本実施例の固体燃料ガス化バーナ２０においては、環状の固体燃料流路１３を固体燃料及び搬送用気体が旋回しながら流通することで固体燃料が固体燃料搬送管３の周方向に均一に分散され、固体燃料の濃度分布の偏差が小さくなって固体燃料流路１３の先端部の固体燃料噴出孔２３からガス火炉内に噴出することができる。

例えば、本実施例の固体燃料ガス化バーナ２０にて、固体燃料流路１３内で旋回流を発生させないようにして固体燃料と搬送用気体を流通させた場合における固体燃料流路のバーナ先端部での固体燃料の周方向濃度の標準偏差は、図５に基準条件として示したようにバーナ先端部での固体燃料の周方向濃度の標準偏差Ａのように約１９％の値となる。

一方、本実施例の固体燃料ガス化バーナ２０にて、固体燃料流路１３内に旋回流を発生させて固体燃料と搬送用気体を流通させた場合における固体燃料流路のバーナ先端部での固体燃料の周方向濃度の標準偏差は、図５に旋回条件として示したようにバーナ先端部での固体燃料の周方向濃度の標準偏差Ｂのように約１２％の値となり、前記基準条件の場合と比較して標準偏差は２／３以下に抑制することが可能となる。

このように固体燃料流路のバーナ先端部での固体燃料の周方向濃度の標準偏差を小さな値に抑制することで、固体燃料ガス化バーナの先端部材やバーナの先端近傍のガス化炉の壁面材に局所的な高温領域の発生を低減し、バーナの先端部材やバーナ先端近傍のガス化炉の壁面材に発生する損傷を抑制することができる。

上記したように本実施例の固体燃料ガス化バーナ２０では、例えば実測で固体燃料ガス化バーナの先端部材が受ける熱量を約２０％低減することができることにより、固体燃料ガス化バーナの先端部材に局所的に生じる高温領域に起因して発生する熱応力を低減でき、亀裂等の損傷の発生などを抑制することができる。

また、本実施例の固体燃料ガス化バーナ２０では、バーナ先端部近傍のガス化炉の壁面材が受ける熱は前記バーナの先端部材に生じる局所的な高温領域の低減と同時に減少するので、ガス化炉の壁部材に溶損等の損傷の発生を抑制することができる。

従って本実施例の固体燃料ガス化バーナ２０を採用することによって、固体燃料ガス化バーナの先端部材やバーナの先端近傍のガス化炉の壁面材に局所的な高温領域が発生することによる不具合を抑制できるので、バーナの先端部材やガス化炉の壁面材の損傷に基づくガス化プラントの緊急停止が回避でき、安全なガス化炉の操業が可能となる。

また、バーナの先端部材やガス化炉の壁面材の補修頻度も減少するために補修費の低減にも役立つ。

前記した本発明の実施例の固体燃料ガス化バーナによれば、固体燃料ガス化バーナの先端部材やバーナの先端近傍のガス化炉の壁面材に高温領域の発生による不具合を抑制して安全なガス化炉の操業を可能にする固体燃料ガス化バーナを実現することができる。

次に本発明の第２実施例である固体燃料ガス化バーナについて図６及び図７を用いて説明する。

本実施例の固体燃料ガス化バーナは、図１乃至図４に示した先の実施例の固体燃料ガス化バーナと基本構成が共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。

図６は本発明の第２実施例である固体燃料ガス化バーナ２０の入口部付近の断面図を示したものであり、図７はこの実施例の固体燃料ガス化バーナ２０を入口部方向から見た断面図である。

図６及び図７において、本実施例の固体燃料ガス化バーナ２０では、固体燃料流路１３を形成する固体燃料搬送管３の端部に固体燃料を導入する前記固体燃料入口管４３に加えて、補助ガスを導入する補助ガス入口管４５を設置した構成である。

本実施例の固体燃料ガス化バーナ２０では、環状の固体燃料流路１３を形成する固体燃料搬送管３の端部に固体燃料を導入する固体燃料入口管４３の設置に加えて、更に補助ガスを導入する補助ガス入口管４５を設置している。

前記補助ガス入口管４５の設置に際しては、固体燃料入口管４３と同様に固体燃料流路１３を形成する固体燃料搬送管３の中心線と、補助ガス入口管４５を構成する円管の中心線が交差しないように相互にずらせて接続させる。なお、補助ガス入口管４５は、円管のみならず、矩形の流路でも良い。

補助ガス入口管４５の補助ガス入口３５からは、窒素など固体燃料の搬送用気体と同じ気体を流路断面が環状のドーナツ状となる固体燃料流路１３を流下するように前記補助ガス入口管４５に供給する。

これにより、固体燃料入口３３から供給された固体燃料が、流路断面が環状のドーナツ状となる固体燃料流路１３内を旋回しながらノズルの先端部方面へ搬送されるときの旋回力が増強される。

流路断面が環状のドーナツ状となる固体燃料流路１３内を流下する固体燃料及び搬送用気体の旋回流が増強されたことにより、固体燃料流路１３内を流下する固体燃料が固体燃料搬送管３の周方向に均一に分散され、固体燃料の濃度分布の偏差を更に小さくすることができる。

例えば、本実施例の固体燃料ガス化バーナ２０にて、固体燃料搬送管３の内側に形成される固体燃料流路１３内に補助ガス入口管４５から補助ガスを供給して固体燃料流路１３内に旋回流を発生させ、固体燃料と搬送用気体を流通させた場合における固体燃料流路のバーナ先端部での固体燃料の周方向濃度の標準偏差は、図５に補助ガスを供給し旋回を増強した条件として示したようにバーナ先端部での固体燃料の周方向濃度の標準偏差Ｃのように約６％弱の値となる。

本実施例の固体燃料ガス化バーナ２０におけるバーナ先端部での固体燃料の周方向濃度の標準偏差Ｃである約６％弱の値は、図５に先に示した実施例の旋回条件におけるバーナ先端部での固体燃料の周方向濃度の標準偏差Ｂとして示した１２％の値の約半分、旋回流を発生させないで固体燃料と搬送用気体を流通させた基準条件におけるバーナ先端部での固体燃料の周方向濃度の標準偏差Ａとして示した約１９％の値の約１／４にそれぞれ低減できる。

本実施例の固体燃料ガス化バーナ２０によれば、バーナ先端部での固体燃料の周方向濃度の偏差が更に低減できることから、固体燃料ガス化バーナの先端部材やバーナの先端近傍のガス化炉の壁面材に局所的な高温領域が発生することによる不具合を抑制できるので、バーナの先端部材やガス化炉の壁面材の損傷に基づくガス化プラントの緊急停止が回避でき、安全なガス化炉の操業が可能となる。

また、バーナの先端部材やガス化炉の壁面材の補修頻度も減少するために補修費の低減にも役立つ。

前記した本発明の実施例の固体燃料ガス化バーナによれば、固体燃料ガス化バーナの先端部材やバーナの先端近傍のガス化炉の壁面材に高温領域の発生による不具合を抑制して安全なガス化炉の操業を可能にする固体燃料ガス化バーナを実現することができる。

次に本発明の第３実施例として、前記した第１実施例又は第２実施例に係わる固体燃料ガス化バーナ２０を使用したガス化炉６０について説明する。

図８は図１乃至図４、又は図６乃至図７に示した第１実施例又は第２実施例に係わる固体燃料ガス化バーナ２０を用いた石炭ガス化炉６０の一例である。

図８に示したように、ガス化炉６０を構成するガス化室７０は、その内部で固体燃料とガス化剤とを反応させて部分燃焼し、一酸化炭素や水素を主成分とする高温の可燃ガスを生成するものである。

前記ガス化室７０は圧力容器６１の内部に格納されており、ガス化室７０の内壁は内側に耐火材６５を貼り付けた水冷管６４によって取り囲まれて形成されている。

ガス化室７０は、ガス化室７０の上部と下部とに複数個設置された上段及び下段の固体燃料ガス化バーナ２０ａ、２０ｂからそれぞれ供給された固体燃料である石炭と、ガス化剤とを反応させて部分燃焼させ、高温の一酸化炭素や水素の可燃ガスを生成させる室である。

ガス化室７０の上端面には上記ガスをガス化室７０から外部に排出するガス出口孔６７が設置されている。

固体燃料ガス化バーナ２０ａ、２０ｂから噴出して燃焼する固体燃料である石炭には灰分が含まれているが、ガス化室７０内の温度は上記灰分の溶融温度以上の１０００℃〜１８００℃の温度にして運転することにより、灰分は溶融してスラグとなり、ガス化室７０下部に流れ落ちる。

そこでガス化室７０の下端面には上記スラグをガス化室７０から外部に排出するスラグ排出孔６６が設置されている。

ガス化室７０の上部及び下部には前述したように上段の固体燃料ガス化バーナ２０ａ及び下段の固体燃料ガス化バーナ２０ｂが配設されている。

上段の固体燃料ガス化バーナ２０ａ及び下段の固体燃料ガス化バーナ２０ｂは、前述した本発明の第１実施例又は第２実施例に係わる固体燃料ガス化バーナ２０である。

これらの上段の固体燃料ガス化バーナ２０ａ及び下段の固体燃料ガス化バーナ２０ｂは、ガス化炉６０の圧力容器６１に設置されている上段バーナ取付座６２及び下段バーナ取付座６３によって前記圧力容器６１にそれぞれ固定されている。

上段の固体燃料ガス化バーナ２０ａ及び下段の固体燃料ガス化バーナ２０ｂの先端部はガス化室７０に面して配設されており、ガス化室７０内で発生する高温ガスに曝される。

これらの上段の固体燃料ガス化バーナ２０ａ及び下段の固体燃料ガス化バーナ２０ｂとして、本発明の第１実施例又は第２実施例に係わる固体燃料ガス化バーナ２０を使用することにより、固体燃料ガス化バーナ２０の先端部材やバーナの先端近傍のガス化炉の壁面材に局所的な高温領域が発生することによる不具合を抑制できるので、バーナの先端部材やガス化炉の壁面材の損傷に基づくガス化プラントの緊急停止が回避でき、安全なガス化炉の操業が可能となる。

また、バーナの先端部材やガス化炉の壁面材の補修頻度も減少するために補修費の低減にも役立つ。

なお、上記ガス化炉の例は一例であり、本発明に係わる固体燃料ガス化バーナは上記以外の形態のガス化炉であっても適用可能である。

前記した本発明の実施例の固体燃料ガス化バーナによれば、固体燃料ガス化バーナの先端部材やバーナの先端近傍のガス化炉の壁面材に高温領域の発生による不具合を抑制して安全なガス化炉の操業を可能にする固体燃料ガス化バーナを備えたガス化炉を実現することができる。

本発明は、ガス化炉に設置する固体燃料ガス化バーナ、並びに固体燃料ガス化バーナを備えたガス化炉に適用可能である。

本発明の第１実施例である固体燃料ガス化バーナの横断面図。 図１に示した本発明の第１実施例の固体燃料ガス化バーナを先端部から見た図。 図１に示した本発明の第１実施例の固体燃料ガス化バーナの縦断面図。 図１に示した本発明の第１実施例である固体燃料ガス化バーナにおける火炎の温度分布の計算結果を示す火炎の温度分布図。 図１に示した本発明の第１実施例である固体燃料ガス化バーナにおいて固体燃料の搬送状態を変えたときのバーナ先端部での固体燃料の周方向濃度の標準偏差の実測例。 本発明の第２実施例である固体燃料ガス化バーナにおける入口部付近の部分断面図。 図６に示した本発明の第２実施例の固体燃料ガス化バーナの縦断面図。 図１又は図６に示した本発明の実施例の固体燃料ガス化バーナを用いた本発明の第３実施例である石炭ガス化炉を示す概略図。 固体燃料流路の外周側に環状のガス化剤流路を形成した場合のバーナにおける火炎の温度分布図。

符号の説明

１：外筒管、２：先端部材、３：固体燃料搬送管、４：ガス化剤搬送管、１１：冷却媒体流路、１１ａ：第１の冷却流路、１１ｂ：第２の冷却流路、１２：仕切り部材、１３：固体燃料流路、１４：ガス化剤流路、２０、２０ａ、２０ｂ：固体燃料ガス化バーナ、２３：固体燃料噴出孔、２４：ガス化剤噴出孔、３１：冷却媒体入口、３２：冷却媒体出口、３３：固体燃料入口、３４：ガス化剤入口、３５：補助ガス入口、４１：冷却媒体入口管、４２：冷却媒体出口管、４３：固体燃料入口管、４５：補助ガス入口管、６０：ガス化炉、６１：ガス化炉圧力容器、６２：上段バーナ取付座、６３：下段バーナ取付座、６４：水冷管、６５：耐火材、６６：スラグ排出孔、６７：ガス出口孔、６８：上段バーナ、６９：下段バーナ、７０：ガス化室。

Claims (7)

1. 石炭などの炭素と水素を含有する固体燃料を搬送用気体との混合流体としてガス化炉に供給し、ガス化剤と反応させて部分燃焼してガス化するガス化炉に設置する固体燃料ガス化バーナにおいて、
   前記固体燃料ガス化バーナは、固体燃料と搬送用気体との混合流体を流通させてガス化炉に噴出する固体燃料流路を形成する固体燃料搬送管と、前記固体燃料搬送管の内周側に配設しガス化剤を流通させてガス化炉に噴出するガス化剤流路を形成するガス化剤搬送管と、前記固体燃料搬送管の外周側に配設し冷却媒体を流通させる流路断面が環状の冷却媒体流路を形成する外筒管と、この外筒管に接続され冷却媒体を該冷却媒体流路に導入する冷却媒体入口管と、この外筒管に接続され冷却媒体を該冷却媒体流路から導出する冷却媒体出口管と、を備えていることを特徴とする固体燃料ガス化バーナ。
2. 請求項１に記載の固体燃料ガス化バーナにおいて、
   前記外筒管に形成した冷却媒体流路の内部に該外筒管の長さ方向に沿って仕切り部材を配設して前記冷却媒体流路を冷却媒体入口管と連通した第１の冷却流路と冷却媒体出口管と連通した第２の冷却流路とに区画したことを特徴とする固体燃料ガス化バーナ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の固体燃料ガス化バーナおいて、
   前記固体燃料搬送管に形成した固体燃料流路と、前記ガス化剤搬送管に形成したガス化剤流路とが共にこの固体燃料搬送管の長手方向に沿って同心円状に配設されていることを特徴とする固体燃料ガス化バーナ。
4. 請求項１又は請求項２に記載の固体燃料ガス化バーナおいて、
   前記固体燃料搬送管の固体燃料流路に固体燃料と搬送用気体との混合流体を供給する燃料入口管を設置し、この燃料入口管はその中心線が前記固体燃料搬送管の中心線とずらせて該固体燃料搬送管に接続されていることを特徴とする固体燃料ガス化バーナ。
5. 請求項１又は請求項２に記載の固体燃料ガス化バーナおいて、
   前記固体燃料搬送管の固体燃料流路に搬送気体のみを供給する搬送気体入口管を設置し、この搬送気体入口管はその中心線が前記固体燃料搬送管の中心線とずらせて該固体燃料搬送管に接続されていることを特徴とする固体燃料ガス化バーナ。
6. 請求項４に記載の固体燃料ガス化バーナおいて、
   前記固体燃料搬送管の固体燃料流路に搬送気体のみを供給する搬送気体入口管を設置し、この搬送気体入口管はその中心線が前記固体燃料搬送管の中心線とずらせて該固体燃料搬送管に接続されていることを特徴とする固体燃料ガス化バーナ。
7. 固体燃料ガス化バーナが、石炭などの炭素と水素を含有する固体燃料と搬送用気体との混合流体を流通させてガス化炉に噴出する固体燃料流路を形成する固体燃料搬送管と、前記固体燃料搬送管の内周側に配設しガス化剤を流通させてガス化炉に噴出するガス化剤流路を形成するガス化剤搬送管と、前記固体燃料搬送管の外周側に配設して冷却媒体を流通させる流路断面が環状の冷却媒体流路を形成する外筒管と、外筒管に接続され冷却媒体を該冷却媒体流路に導入する冷却媒体入口管と、外筒管に接続され冷却媒体を該冷却媒体流路から導出する冷却媒体出口管とを備えて構成されており、この固体燃料ガス化バーナをガス化炉に複数個設置してこれらの固体燃料ガス化バーナから供給した固体燃料とガス化剤とをガス化炉内で部分燃焼させて可燃ガスを生成するように構成したことを特徴とする固体燃料ガス化バーナを備えたガス化炉。

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