JP4006798B2 - 気流層ガス化炉の石炭供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気流層ガス化炉に係り、特にロックホッパ式の気流層ガス化炉の石炭供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油危機以来、燃料多様化の流れの中で、石炭の利用技術開発が進められている。その中でも、石炭ガス化複合発電システムは、従来型の微粉炭焚火力発電システムよりも高いエネルギー効率が期待されている。
石炭ガス化複合発電システムは、石炭ガス化炉で製造した燃料ガスでガスタービンを駆動して発電するものである。また、石炭ガス化炉で製造した水素含有ガスを精製して燃料電池発電システムの原料として供給するシステムもある。このシステムの中核をなす石炭ガス化炉は、現在、種々の形式のものが提案され、開発されつつある。さらに、その中でも、石炭の灰分を溶融スラグとして生成ガスから分離し、炉外へ排出することを特徴とする気流層式石炭ガス化方法は、別名スラッキングガス化法とも呼ばれ、エネルギー効率が高く、灰処理等の環境対応の面でも優れている。
気流層石炭ガス化炉（気流層ガス化炉）においては、石炭と酸素等のガス化剤を高温で反応させ、一酸化炭素（ＣＯ）及び水素（Ｈ₂）等の有用なガスを生成させるとともに、石炭の灰分を溶融させ、流動性を有する液状のスラグとしてガス化室の外へ排出させている。
図５に気流層石炭ガス化炉の構造例を示す。図５に示した気流層石炭ガス化炉は、主として、ガス化室２、熱回収室３及びスラグ冷却室４よりなり、これらが圧力容器１の中に納められた構造となっている。ガス化室２の上部はスロート状になっており、熱回収室３に連なってその上方へ生成ガス３２を放出させる。ガス化室２の下部はスラグ流下口となっており、スラグ冷却室４に連なっている。スラグ冷却室４の底部には、スラグ流下口から流下してくる溶融スラグ４２を冷却し、固化するための冷却水５が保有されている。そして冷却された固化スラグ３３は排出口より下方へ排出される。図５の例では、このガス化室２に石炭と酸素供給ライン４０，４０´及び酸素供給ライン４１，４１´からの酸素等のガス化剤を供給するためのバーナ群が上下２段に配置されており、上段バーナ群（上段バーナ）６，６´と下段バーナ群（下段バーナ）７，７´とで、石炭と酸素の比率を変え、ガス化室２内の温度、ガス濃度及び流速分布等を制御し、安定したスラグの流出と高効率なガス化反応とを両立させている。
【０００３】
通常、石炭は常圧下で粉砕されるため、加圧状態にあるガス化室に連続的に石炭を供給するには特別な工夫を要し、例えば、図５に示すロックホッパシステムが用いられる。ロックホッパシステムは、通常、バグフィルタ８、常圧ホッパ９、ロックホッパ１０、供給ホッパ１１及びロータリーフィーダ１２よりなる。そして上段バーナ群と下段バーナ群とで石炭と酸素の比率を変える等の制御を容易にするため、上段バーナ群及び下段バーナ群に各々付設されている。それぞれの系統において、ロータリーフィーダ１２の後流には、加速器１３、分配器１７，１８が配されている。下段バーナ群７，７´に連なる系統を例にとると、ロックホッパシステムにおける石炭の供給は以下のように実施される。
【０００４】
常圧下で粉砕され、微粉となった石炭（微粉炭）は、石炭供給ライン３１ａから搬送用の窒素とともにバグフィルタ８ａに導入され、微粉炭２０ａと窒素が分離される。分離された窒素は、排窒素ライン１９に放出される。一方、微粉炭２０ａは、バグフィルタ８ａの下部に位置する常圧ホッパ９ａに蓄えられる。ロックホッパ１０ａは、常圧ホッパ９ａの下部に位置しており、加圧用窒素ライン２３ａ及び窒素放出ライン２４ａが付設されている。またロックホッパ１０ａの下部には、供給ホッパ１１ａがあり、供給ホッパ１１ａにも加圧用窒素ライン２６ａが付設される。加圧用窒素ライン２６ａの弁２５ａは、常時開いており、供給ホッパ１１ａは常に加圧状態にある。常圧ホッパ９ａから供給ホッパ１１ａに微粉炭２０ａを移すには、以下のように操作する。
【０００５】
１）ロックホッパ１０ａの下部に位置する弁１５ａ及び加圧用窒素ライン２３ａの弁２１ａを閉じ、窒素放出ライン２４ａの弁２２ａを開いてロックホッパ１０ａ内を常圧にする。
【０００６】
２）弁１４ａを開いて、常圧ホッパ９ａからロックホッパ１０ａに微粉炭２０ａを移動させる。
【０００７】
３）弁１４ａ及び弁２２ａを閉じ、弁２１ａを開いてロックホッパ１０ａ内を加圧状態にする。
【０００８】
４）ロックホッパ１０ａ内の圧力が供給ホッパ１１ａ内の圧力と等しくなったら、弁１５ａを開き、ロックホッパ１０ａから供給ホッパ１１ａに微粉炭２０ａを移動させる。
【０００９】
５）ロックホッパ１０ａから供給ホッパ１１ａへの微粉炭２０ａの移動操作が終了したら、弁１５ａを閉じ、前記１）〜４）の操作を繰り返す。
【００１０】
これにより、供給ホッパ１１ａは常時加圧状態であるにもかかわらず、常に微粉炭２０ａで満たされている状態を維持することができる。弁１６ａはガス化炉運転中には開かれており、ロータリフィーダ１２ａには、連続して微粉炭２０ａが石炭供給口５６ａより供給されることになる。ロータリフィーダ１２ａは、バーナに供給する微粉炭２０ａの量を、ロータ５１ａの回転数により制御するものである。ロータリフィーダ１２ａの石炭吐出口５０ａを出た微粉炭２０ａは、加速器１３ａに入り、搬送窒素２７ａと混合されて、石炭搬送ライン２８ａを経て下段バーナ群の分配器１７に至る。一般に、濃度の高い固気二相流の均等分配には、高度な技術を要し、分配器１７から個々のバーナに至る搬送ライン２９，２９´の長さの違い等に起因するわずかな圧力損失の差であっても、その配分流量が異なることがある。そのため分配器１７から個々のバーナに至る搬送ラインの長さをそろえる等の工夫をする必要があり、また一つの分配器１７からあまり多数のバーナへ分岐するのは好ましいことではない。上段バーナ群６，６´に連なる系統もその構成、作用は同じである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の気流層ガス化炉の石炭供給装置にあっては、上段バーナ群と下段バーナ群とで、石炭と酸素の比率を変え、ガス化室内の温度、ガス濃度及び流速分布等を制御し、安定したスラグの排出と高効率なガス化反応とを両立させる必要から、上段バーナ群と下段バーナ群とに、それぞれロックホッパシステムが付設されているが、このロックホッパシステムは構成、操作とも複雑であり、また費用の面からも上段バーナ群と下段バーナ群とで共通化できればよく、分配器からの分岐数を増やせば可能となるが、一つの分配器からあまり多数のバーナへ分岐するのは好ましくない。またロックホッパシステムは、常圧ホッパからロックホッパへ、さらに供給ホッパへと微粉炭を移動させるが、この移動はもっぱら粉体圧すなわち重力によって起こるものであり、しばしばホッパ抜き出し部分における閉塞トラブルが生じる。
【００１２】
本発明の課題は、分配器からの分岐数を増やすことなく、上段バーナ及び下段バーナ用のロックホッパを共通化した気流層ガス化炉の石炭供給装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を達成するため、本発明に係る気流層ガス化炉の石炭供給装置は、ガス化室の上段バーナ及び下段バーナにそれぞれ接続された石炭搬送ラインに微粉炭を供給するロックホッパシステムを備えた気流層ガス化炉の石炭供給装置において、ロックホッパシステムを上段バーナ及び下段バーナに対して共通にするとともに、それぞれの石炭搬送ラインに微粉炭を分配するロータリーフィーダを設け、ロータリーフィーダの石炭吐出口をそれぞれの石炭搬送ラインに対応させて分割し、石炭吐出口の分割部に回動可能に軸支された分割板を設け、分割板の回動角度を変えて上段バーナ及び下段バーナに供給する微粉炭量の比率を調整可能にしてなることを特徴とする。
【００１４】
この場合において、石炭吐出口は、ロータリーフィーダの軸方向に分割して形成され、分割板は、ロータリーフィーダの軸方向に回動可能に軸支されていることが望ましい。
【００１７】
そしてロータリーフィーダは、２つのロータを有して形成され、２つのロータに対応させて石炭供給口が入口分割壁により分割されるとともに、２つのロータに対応させてそれぞれの石炭搬送ラインに接続する石炭吐出口が形成されてなる構成でもよい。
【００１８】
本発明によれば、一系統のロックホッパシステムのみが設けられ、各石炭搬送ラインに連通するようにロータリーフィーダの石炭吐出口が分割され、かつ各石炭吐出口の面積比が変えられるので、供給される微粉炭の総供給量を保持したまま、上段バーナと下段バーナとに供給される微粉炭量の比率が調整される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１を参照しながら説明する。図１に示すように、ガス化室２に装着された上段バーナ６，６´及び下段バーナ７，７´のそれぞれに石炭搬送ライン２９，２９´又は石炭搬送ライン３０，３０´を接続し、それぞれの石炭搬送ライン２９，２９´又は石炭搬送ライン３０，３０´と連通する少なくともロータリーフィーダ１２よりなるロックホッパシステムを備えた気流層ガス化炉の石炭供給装置であって、ロックホッパシステムは、一系統の少なくともバクフィルタ８、常圧ホッパ９、ロックホッパ１０及びロータリーフィーダ１２よりなり、ロータリーフィーダ１２は、それぞれの石炭搬送ライン２９，２９´及び石炭搬送ライン３０，３０´と連通するように石炭吐出口が二つの石炭吐出口５０ｃ，５０ｄに分割される構成とする。
【００２０】
そしてロータリーフィーダは、分割されたそれぞれの石炭吐出口５０ｃ，５０ｄの面積比を調整可能な調整機構を具備しており、調整機構は、石炭吐出口５０をそれぞれの石炭吐出口５０ｃ，５０ｄに分割するように配設された分割板５３により形成される。さらに分割板５３は、一端が回動されかつその回動角度βが変化可能になるように他端が石炭吐出口５０の側壁に軸支されるものとする。
【００２１】
すなわち本発明では、上段バーナ群及び下段バーナ群に共通な一系統のロックホッパシステムを有しており、このロックホッパシステムのロータリーフィーダ１２の下部に石炭吐出口５０が配されており、石炭吐出口５０の後流に加速器１３が配されている。石炭吐出口５０が石炭吐出口５０ｃ，５０ｄに分割された際の加速器１３は、下段バーナ群７，７´の系統に連なる加速器１３ａと上段バーナ群６，６´に連なる加速器１３ｂとが隣接して配置してある。加速器１３ａ，１３ｂの隣接部分には支点軸５４を配し、支点軸５４に調整機構の分割板５３を取付け、石炭吐出口５０を、分割板５３によって石炭吐出口５０ｃ，５０ｄに分割できる構造になっている。
【００２２】
そして支点軸５４は石炭吐出口５０の側壁を貫通しているが、その貫通部には図２に示す軸受５８及びシール機構５９が設けてあり、支点軸５４は外部から回動させることができる構造にしてある。したがつて支点軸５４に取付けてある分割板５３は、支点軸５４を石炭吐出口５０の外部から回動させることにより、支点軸５４を中心に定められた回動角度βの範囲で、その回動角度を変えることができるようになっている。加速器１３ａ，１３ｂから上段バーナ群及び下段バーナ群に至る系統は従来技術と同じである。
【００２３】
次にこの一実施の形態の構成部分の相互関係及び作用を説明する。ロータリーフィーダ１２には供給ホッパ１１から微粉炭２０が供給される。上段バーナ群６，６´と下段バーナ群７，７´に送られる微粉炭２０の総供給量は、ロータリーフィーダ１２のロータ５１を駆動するモータ５２の回転数によって調整される。次に図３に示すように、総供給量を調整されかつ分割された微粉炭５５は、ロータリーフィーダ１２の直下部から石炭吐出口５０に供給される。この時、分割板５３の回動角度βを調整することにより、石炭吐出口５０ｃ，５０ｄの面積比を変えることができ、上段バーナ群６，６´に連なる加速器１３ｂと、下段バーナ群７，７´に連なる加速器１３ａのそれぞれに供給される微粉炭の量を変えることができる。すなわち微粉炭の総供給量を保持したまま、上段バーナ群と下段バーナ群に供給する微粉炭量の比率を調整することができる。また各ホッパは一系統のみのため当然大型化されているが、そのため粉体圧が上昇するとともに、各ホッパ底部の微粉炭抜き出し部配管径も大型化されており、微粉炭粒子の移動時の閉塞トラブルを未然に防ぐことができる。
【００２４】
本発明の他の実施の形態を図４に示す。図１に示す実施の形態と異なる個所は、ロータリーフィーダ６２の石炭供給口５６が、入口分割壁５７により石炭供給口５６ａ，５６ｂに分割されるとともに、入口分割壁５７で仕切られた石炭供給口５６ａ，５６ｂの下部には、それぞれロータ５１ａ，５１ｂが内設される構成である。ロータ５１ａ，５１ｂのそれぞれの下部は、それぞれ下段バーナ群７，７´に連なる加速器１３ａ及び上段バーナ群６，６´に連なる加速器１３ｂに接続されており、分割された微粉炭５５ａ，５５ｂとともに搬送窒素２７ａ，２７ｂが供給される。この他の実施の形態では、各々のバーナ系統に連なるロータ５１ａ，５１ｂの回転数を変えることにより、微粉炭の総供給量及び上段バーナ群と下段バーナ群の供給量の比率を制御することができる。この他の実施の形態によれば、ロータの回転数を変えるのみで前記作用が得られるので自動制御への組込みが容易となる等の特有の効果も派生する。
【００２５】
本発明によれば、一系統のロックホッパシステムを備えるのみで、一つの分配器からの石炭搬送ラインの分岐数を増すこともなく、上段バーナと下段バーナとで石炭と酸素の比率を変え、ガス化室内の温度、ガス濃度及び流速分布等を制御し、安定したスラグの排出と高効率なガス化反応とを両立させることが可能となるため、設備費の低減を図ることができる。さらに各ホッパ底部の微粉炭抜き出し部における閉塞トラブルを防止できるだけでなく、ロックホッパシステムの数が少ない分、起動操作を含む運転操作に必要な労力も低減できる。また上段バーナと下段バーナのロックホッパシステムが共通化されており、供給ホッパの圧力が同じであるため、上段バーナ及び下段バーナのそれぞれの系統における圧力バランスの調整も容易であり、より安定した微粉炭の配分及び供給が可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、一系統のロックホッパシステムのみを備えたため、運転操作の労力及び設備費が低減されるとともに、ロックホッパシステムが共通化され、上段バーナ及び下段バーナのそれぞれの系統における圧力バランスの調整が容易となり、安定した微粉炭の配分及び供給が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１に示すＡ・Ａ線の断面図である。
【図３】図１に示すＢ・Ｂ線の部分断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。
【図５】従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
１ 圧力容器 ２３，２６ 加圧用窒素ライン
２ ガス化室 ２４ 窒素放出ライン
３ 熱回収室 ２７ 搬送窒素
４ スラグ冷却室 ２８，２９，３０ 石炭搬送ライン
５ 冷却水 ３１ 石炭供給ライン
６，６´ 上段バーナ群 ３２ 生成ガス
７，７´ 下段バーナ群 ３３ 固化スラグ
８ バグフィルタ ４０，４１ 酸素供給ライン
９ 常圧ホッパ ４２ 溶融スラグ
１０ ロックホッパ ５０ 石炭吐出口
１１ 供給ホッパ ５１ ロータ
１２，６２ ロータリーフィーダ ５２ モータ
１３ 加速器 ５３ 分割板
１４，１５，１６ 弁 ５４ 支点軸
１７，１８ 分配器 ５６ 石炭供給口
１９ 排窒素ライン ５７ 入口分割壁
２０，５５ 微粉炭 ５８ 軸受
２１，２２，２５ 弁 ５９ シール機構

Claims (3)

1. ガス化室の上段バーナ及び下段バーナにそれぞれ接続された石炭搬送ラインに微粉炭を供給するロックホッパシステムを備えた気流層ガス化炉の石炭供給装置において、前記ロックホッパシステムを前記上段バーナ及び下段バーナに対して共通にするとともに、それぞれの石炭搬送ラインに微粉炭を分配するロータリーフィーダを設け、該ロータリーフィーダの石炭吐出口をそれぞれの石炭搬送ラインに対応させて分割し、前記石炭吐出口の分割部に回動可能に軸支された分割板を設け、該分割板の回動角度を変えて前記上段バーナ及び下段バーナに供給する微粉炭量の比率を調整可能にしてなることを特徴とする気流層ガス化炉の石炭供給装置。
2. 請求項１に記載の気流層ガス化炉の石炭供給装置において、前記石炭吐出口は、前記ロータリーフィーダの軸方向に分割して形成され、前記分割板は、前記ロータリーフィーダの軸方向に回動可能に軸支されていることを特徴とする気流層ガス化炉の石炭供給装置。
3. ガス化室の上段バーナ及び下段バーナにそれぞれ接続された石炭搬送ラインに微粉炭を供給するロックホッパシステムを備えた気流層ガス化炉の石炭供給装置において、前記ロックホッパシステムを前記上段バーナ及び下段バーナに対して共通にするとともに、それぞれの石炭搬送ラインに微粉炭を分配するロータリーフィーダを設け、該ロータリーフィーダは、２つのロータを有して形成され、該２つのロータに対応させて石炭供給口が入口分割壁により分割されるとともに、前記２つのロータに対応させてそれぞれの石炭搬送ラインに接続する石炭吐出口が形成されてなることを特徴とする気流層ガス化炉の石炭供給装置。

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