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JP7471986B2 - Slag melting burner device, gasification furnace, combined gasification power generation facility, and method for controlling the slag melting burner device - Google Patents
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JP7471986B2 - Slag melting burner device, gasification furnace, combined gasification power generation facility, and method for controlling the slag melting burner device - Google Patents

Slag melting burner device, gasification furnace, combined gasification power generation facility, and method for controlling the slag melting burner device Download PDF

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本開示は、スラグ溶融バーナ装置、ガス化炉及びガス化複合発電設備並びにスラグ溶融バーナ装置の制御方法に関する。 This disclosure relates to a slag melting burner device, a gasification furnace and integrated gasification power generation facility, and a method for controlling the slag melting burner device.

従来、ガス化炉として、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。 Conventionally, a carbon-containing fuel gasification facility (coal gasification facility) has been known as a gasification furnace, in which a carbon-containing solid fuel such as coal is supplied into the gasification furnace and partially combusted to gasify the carbon-containing solid fuel, thereby producing a combustible gas.

炭素含有固体燃料として石炭(微粉炭)を使用するガス化炉では、微粉炭が高温燃焼されることによって、可燃性ガスである生成ガスが生成されると共に、高温の火炎によって微粉炭中の灰分が溶融したスラグが生成され、スラグホールからスラグホッパへ流下・排出される。スラグホール近傍において、炉壁を構成するとともに内部に冷却水が流通する伝熱管によって炉壁を伝うスラグが冷却され温度が低下すると、石炭の性状やガス化炉内の雰囲気によっては、溶融していたスラグが固化してスラグホールを閉塞する可能性がある。この場合、ガス化炉の運転の継続が困難になるおそれがある。 In gasifiers that use coal (pulverized coal) as a carbon-containing solid fuel, the pulverized coal is burned at high temperatures to produce a combustible gas, and the high-temperature flame melts the ash in the pulverized coal to produce slag, which flows down and is discharged from the slag hole into the slag hopper. When the slag running along the furnace wall near the slag hole is cooled by the heat transfer tubes that make up the furnace wall and have cooling water flowing through them, and the temperature drops, depending on the properties of the coal and the atmosphere inside the gasifier, the molten slag may solidify and block the slag hole. In this case, it may become difficult to continue operating the gasifier.

このため、スラグホール近傍で固化したスラグを加熱して溶融するために、スラグホール側に向けて火炎を噴射するスラグ溶融バーナがガス化炉に設けられることがある。
このスラグ溶融バーナは、例えば特許文献1に開示されているように、水平方向に進退可能に構成されており、固化したスラグを加熱する際に、スラグ溶融バーナの先端部を炉壁側からスラグホールの中心軸側(噴射位置)に向けて移動させることができる。
For this reason, in order to heat and melt the slag that has solidified near the slag hole, a slag melting burner that sprays a flame toward the slag hole side is sometimes provided in the gasification furnace.
This slag melting burner, as disclosed in Patent Document 1, for example, is configured to be movable back and forth horizontally, and when heating the solidified slag, the tip of the slag melting burner can be moved from the furnace wall side toward the central axis side of the slag hole (injection position).

しかしながら、高温の火炎によって溶融したスラグが炉壁を流下してスラグホールから垂れ下がるようにして氷柱状に固化したスラグ塊が形成された場合、噴射位置にあるスラグ溶融バーナの先端部に対向する位置(具体的には火炎の噴射方向においてバーナ先端部の目前)にスラグ塊が位置することがある。この状態で火炎を噴射した場合、スラグ溶融バーナから噴射される火炎がスラグ塊ではね返され、自己の火炎によってスラグ溶融バーナの先端部が過度に昇温して損傷してしまう場合がある。 However, when the slag melted by the high-temperature flame flows down the furnace wall and hangs down from the slag hole, forming a solidified icicle-like slag lump, the slag lump may be located opposite the tip of the slag melting burner at the injection position (specifically, right in front of the tip of the burner in the direction of the flame injection). If a flame is injected in this state, the flame injected from the slag melting burner will be repelled by the slag lump, and the tip of the slag melting burner may heat up excessively due to its own flame, resulting in damage.

このため、特許文献1のスラグ溶融バーナでは、スラグ溶融バーナの先端部とスラグ塊との距離を把握、調節してからスラグ溶融バーナを点火することとしている。 For this reason, in the slag melting burner of Patent Document 1, the distance between the tip of the slag melting burner and the slag lump is grasped and adjusted before the slag melting burner is ignited.

特許第6202524号公報Japanese Patent No. 6202524

しかしながら、特許文献1の構成を採用した場合、火炎の噴射方向及びスラグ溶融バーナの位置によっては、火炎がスラグ塊のみならずスラグホールを構成する炉壁(伝熱管)に到達して、火炎によって伝熱管が損傷してしまう可能性がある。 However, when the configuration of Patent Document 1 is adopted, depending on the direction of the flame injection and the position of the slag melting burner, the flame may reach not only the slag lump but also the furnace wall (heat transfer tube) that constitutes the slag hole, causing damage to the heat transfer tube.

本開示は、このような事情に鑑みてなされてものであって、スラグ溶融バーナの位置をスラグ塊との位置に基づいて調節することなく、自己の火炎によって先端部が損傷してしまう可能性を低減できるスラグ溶融バーナ装置、ガス化炉及びガス化複合発電設備並びにスラグ溶融バーナ装置の制御方法を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in consideration of these circumstances, and aims to provide a slag melting burner device, a gasification furnace and gasification combined cycle power generation facility, and a method for controlling a slag melting burner device that can reduce the possibility of the tip being damaged by its own flame without adjusting the position of the slag melting burner based on its position relative to the slag lump.

上記課題を解決するために、本開示のスラグ溶融バーナ装置、ガス化炉及びガス化複合発電設備並びにスラグ溶融バーナ装置の制御方法は、以下の手段を採用する。
すなわち、本開示の一態様に係るスラグ溶融バーナ装置は、炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化させるガス化炉に用いられるスラグ溶融バーナ装置であって、ガス化炉内で固化したスラグに向けて先端部から火炎を噴射するスラグ溶融バーナと、前記先端部の受熱量を算出する受熱量算出部と、前記受熱量算出部からの情報に基づいて火炎の燃焼量を決定する燃焼量決定部と、を備えている。
In order to solve the above problems, the slag melting burner device, gasification furnace and gasification combined cycle power generation facility, and control method for the slag melting burner device disclosed herein employ the following means.
In other words, a slag melting burner device according to one embodiment of the present disclosure is a slag melting burner device used in a gasification furnace which partially burns and gasifies carbon-containing solid fuel, and is equipped with a slag melting burner that sprays a flame from its tip toward the slag solidified in the gasification furnace, a heat reception calculation unit that calculates the amount of heat received by the tip, and a combustion amount determination unit that determines the amount of combustion of the flame based on information from the heat reception calculation unit.

また、本開示の一態様に係るガス化炉は、上記のスラグ溶融バーナ装置を備えている。 In addition, a gasification furnace according to one embodiment of the present disclosure is equipped with the above-mentioned slag melting burner device.

また、本開示の一態様に係るガス化複合発電設備は、上記のガス化炉を備えている。 In addition, a gasification combined cycle power generation facility according to one embodiment of the present disclosure is equipped with the above-mentioned gasification furnace.

また、本開示の一態様に係るスラグ溶融バーナ装置の制御方法は、ガス化炉内で固化したスラグに向けて先端部から火炎を噴射するスラグ溶融バーナを備えているスラグ溶融バーナ装置の制御方法であって、前記先端部の受熱量に基づいて火炎の燃焼量を決定する。 In addition, a control method for a slag melting burner device according to one embodiment of the present disclosure is a control method for a slag melting burner device equipped with a slag melting burner that sprays a flame from a tip toward slag solidified in a gasification furnace, and determines the amount of combustion of the flame based on the amount of heat received by the tip.

本開示によれば、スラグ溶融バーナの位置をスラグ塊との位置に基づいて調節することなく、自己の火炎によって先端部が損傷してしまう可能性を低減できるスラグ溶融バーナ装置、ガス化炉及びガス化複合発電設備並びにスラグ溶融バーナ装置の制御方法を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a slag melting burner device, a gasification furnace and gasification combined cycle power generation facility, and a control method for a slag melting burner device that can reduce the possibility of the tip being damaged by its own flame without adjusting the position of the slag melting burner based on its position relative to the slag lump.

石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an integrated coal gasification combined cycle power generation facility. 図1に示すガス化炉の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of the gasification furnace shown in FIG. 1. スラグ塊が形成されていない状態のスラグ溶融バーナの近傍の部分拡大図である。This is an enlarged partial view of the vicinity of the slag melting burner when no slag lumps have been formed. スラグ塊が形成された状態のスラグ溶融バーナの近傍の部分拡大図である(非点火時)。FIG. 2 is a partially enlarged view of the vicinity of the slag melting burner in the state where slag lumps have been formed (when not ignited). スラグ塊が形成された状態のスラグ溶融バーナの近傍の部分拡大図である(点火時)。FIG. 2 is a partially enlarged view of the vicinity of the slag melting burner when slag lumps have been formed (at ignition). スラグ溶融バーナのバーナチップ近傍の縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the vicinity of the burner tip of a slag melting burner. スラグ溶融バーナ装置の制御フローを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the control flow of a slag melting burner device. スラグ塊が形成された状態のスラグ溶融バーナの近傍の部分拡大図である(非点火時)。FIG. 2 is a partially enlarged view of the vicinity of the slag melting burner in the state where slag lumps have been formed (when not ignited). スラグ塊が形成された状態のスラグ溶融バーナの近傍の部分拡大図である(点火時)。FIG. 2 is a partially enlarged view of the vicinity of the slag melting burner when slag lumps have been formed (at ignition). スラグ溶融バーナの運用負荷とバーナチップの温度の関係を示したグラフである。1 is a graph showing the relationship between the operating load of a slag melting burner and the temperature of the burner tip.

[石炭ガス化複合発電設備について]
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101を適用した石炭ガス化複合発電設備(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。
以降の説明では、上方とは鉛直上側の方向を、上部や上面などの“上”とは鉛直上側の部分を示している。また同様に“下”とは鉛直下側の部分を示すものであり、鉛直方向は厳密ではなく誤差を含むものである。
[About the integrated coal gasification combined cycle power generation facility]
Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Fig. 1 is a schematic configuration diagram of a coal gasification combined cycle power generation facility (gasification combined cycle power generation facility) 10 to which a gasification furnace 101 according to an embodiment of the present disclosure is applied. Fig. 2 is a vertical cross-sectional view of the gasification furnace 101 shown in Fig. 1.
In the following explanation, "upper" refers to the vertically upper direction, and "upper" in terms such as upper part and upper surface refers to the vertically upper part. Similarly, "lower" refers to the vertically lower part, and the vertical direction is not precise and may include errors.

本実施形態に係るガス化炉101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101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101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、実施形態1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。なお、本実施形態では空気燃焼方式として説明するが、酸素燃焼方式(酸素吹き)としても良い。ガス化炉101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。 The integrated coal gasification combined cycle (IGCC) 10 to which the gasifier 101 according to this embodiment is applied uses air as the main oxidizing agent, and employs an air combustion method in which the gasifier 101 produces combustible gas (produced gas) from fuel. The integrated coal gasification combined cycle 10 refines the produced gas produced in the gasifier 101 in the gas refinery 16 to produce fuel gas, which is then supplied to the gas turbine 17 to generate power. That is, the integrated coal gasification combined cycle 10 according to embodiment 1 is an air combustion type (air-blown) power generation facility. Note that, although the air combustion type is described in this embodiment, the oxygen combustion type (oxygen-blown) may also be used. For example, a carbon-containing solid fuel such as coal is used as the fuel supplied to the gasifier 101.

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101、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。 As shown in FIG. 1, the integrated coal gasification combined cycle power plant (integrated gasification combined cycle power plant) 10 includes a coal supply system 11, a gasifier 101, a char recovery system 15, a gas purification system 16, a gas turbine 17, a steam turbine 18, a generator 19, and a heat recovery steam generator (HRSG) 20.

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101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。 The coal supply facility 11 is supplied with coal, a carbon-containing solid fuel, as raw coal, and produces pulverized coal by pulverizing the coal using a coal mill (not shown) or the like. The pulverized coal produced by the coal supply facility 11 is pressurized at the outlet of the coal supply line 11a with nitrogen gas as a transport inert gas supplied from the air separation facility 42 described below, and is supplied to the gasification furnace 101. An inert gas is an inert gas with an oxygen content of about 5% by volume or less, and typical examples include nitrogen gas, carbon dioxide gas, and argon gas, but is not necessarily limited to about 5% by volume or less.

ガス化炉101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)をエネルギーとして再利用する目的として供給されている。 The gasifier 101 is supplied with pulverized coal produced by the coal supply facility 11, and also with char (unreacted coal and ash) recovered by the char recovery facility 15 for the purpose of reusing it as energy.

また、ガス化炉101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101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と給炭設備11からの給炭ライン11aとが接続された後、燃料供給ライン12としてガス化炉101と接続されている。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が接続された後、チャー供給ライン13としてガス化炉101に接続されている。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101において酸化剤(空気、酸素)として利用される。 In addition, the gasification furnace 101 is connected to a compressed air supply line 41 from the gas turbine 17 (compressor 61), and a portion of the compressed air compressed by the gas turbine 17 is boosted to a predetermined pressure by a booster 68 and can be supplied to the gasification furnace 101. The air separation equipment 42 separates and generates nitrogen and oxygen from air in the atmosphere, and after the air separation equipment 42 and the coal supply line 11a from the coal supply equipment 11 are connected by a first nitrogen supply line 43, they are connected to the gasification furnace 101 as a fuel supply line 12. In addition, the second nitrogen supply line 45 branching from the first nitrogen supply line 43 is also connected to the gasification furnace 101 as a char supply line 13 after the char return line 46 from the char recovery equipment 15 is connected. Furthermore, the air separation equipment 42 is connected to the compressed air supply line 41 by an oxygen supply line 47. The nitrogen separated by the air separation equipment 42 is used as a carrier gas for coal and char by circulating through the first nitrogen supply line 43 and the second nitrogen supply line 45. In addition, the oxygen separated by the air separation equipment 42 is used as an oxidizing agent (air, oxygen) in the gasification furnace 101 by circulating through the oxygen supply line 47 and the compressed air supply line 41.

ガス化炉101は、例えば、2段噴流床形式で構成されており、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101は、石炭や灰分(石炭灰)などを外部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101には、チャー回収設備15に向けて生成ガスを供給する第1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、第1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。 The gasifier 101 is, for example, configured as a two-stage entrained bed type, and the coal (pulverized coal) and char supplied inside are partially burned with an oxidizing agent (air, oxygen) to gasify them into generated gas. The gasifier 101 is provided with a foreign matter removal facility 48 that discharges coal, ash (coal ash), and the like to the outside. A first generated gas line 49 that supplies generated gas toward the char recovery facility 15 is connected to the gasifier 101, and the generated gas containing char can be discharged. In this case, as shown in FIG. 2, a syngas cooler 102 (gas cooler) may be provided in the first generated gas line 49 to cool the generated gas to a predetermined temperature before supplying it to the char recovery facility 15.

チャー回収設備15は、集塵装置51と供給ホッパ52とを備えている。この場合、集塵装置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101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、第2生成ガスライン53を通してガス精製設備16に送られる。供給ホッパ52は、集塵装置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、集塵装置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。 The char recovery facility 15 includes a dust collector 51 and a supply hopper 52. In this case, the dust collector 51 is composed of one or more cyclones or porous filters, and can separate the char contained in the generated gas generated in the gasifier 101. The generated gas from which the char has been separated is sent to the gas purification facility 16 through a second generated gas line 53. The supply hopper 52 stores the char separated from the generated gas by the dust collector 51. Note that a bin may be disposed between the dust collector 51 and the supply hopper 52, and multiple supply hoppers 52 may be connected to this bin. The char return line 46 from the supply hopper 52 is connected to the second nitrogen supply line 45.

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硫黄化合物(HSなど)が含まれているため、ガス精製設備16では、アミン吸収液などによって硫黄化合物を除去回収して、石膏等として有効利用する。 The gas purification equipment 16 purifies the generated gas from which char has been separated by the char recovery equipment 15 by removing impurities such as sulfur compounds and nitrogen compounds. The gas purification equipment 16 then purifies the generated gas to produce fuel gas, which is supplied to a gas turbine 17. Since the generated gas from which char has been separated contains sulfur compounds (such as H2S ), the gas purification equipment 16 removes and recovers the sulfur compounds using an amine absorption liquid or the like, and effectively utilizes the sulfur compounds as gypsum or the like.

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101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を回転させることで発電機19を回転駆動させる。 The gas turbine 17 includes a compressor 61, a combustor 62, and a turbine 63, and the compressor 61 and the turbine 63 are connected by a rotating shaft 64. The combustor 62 is connected to a compressed air supply line 65 from the compressor 61, a fuel gas supply line 66 from the gas purification equipment 16, and a combustion gas supply line 67 extending toward the turbine 63. The gas turbine 17 is also provided with a compressed air supply line 41 extending from the compressor 61 to the gasification furnace 101, and a booster 68 is provided in the middle. Therefore, in the combustor 62, a part of the compressed air supplied from the compressor 61 and at least a part of the fuel gas supplied from the gas purification equipment 16 are mixed and combusted to generate combustion gas, and the generated combustion gas is supplied to the turbine 63. The turbine 63 rotates the rotating shaft 64 with the supplied combustion gas, thereby rotating the generator 19.

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。なお、蒸気タービン18とガスタービン17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させても良い。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。 The steam turbine 18 has a turbine 69 connected to the rotating shaft 64 of the gas turbine 17, and the generator 19 is connected to the base end of this rotating shaft 64. Note that the steam turbine 18 and the gas turbine 17 do not have to be on the same shaft to rotate and drive one generator 19, but may be on different shafts to rotate and drive multiple generators. The exhaust gas boiler 20 is connected to an exhaust gas line 70 from the gas turbine 17 (turbine 63), and generates steam by exchanging heat between the water supplied to the exhaust gas boiler 20 and the exhaust gas from the turbine 63.

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給水ライン72が設けられ、給水ライン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。そして、排熱回収ボイラ20の出口から煙突75までには、排気ガス浄化設備74を備えている。 The heat recovery boiler 20 is provided with a steam supply line 71 between it and the turbine 69 of the steam turbine 18, and a water supply line 72, and a condenser 73 is provided on the water supply line 72. The steam generated in the heat recovery boiler 20 may include steam generated by heat exchange with the generated gas in the syngas cooler 102 of the gasifier 101. Therefore, in the steam turbine 18, the turbine 69 is driven to rotate by the steam supplied from the heat recovery boiler 20, which rotates the rotating shaft 64 to drive the generator 19. An exhaust gas purification system 74 is provided from the outlet of the heat recovery boiler 20 to the chimney 75.

ここで、本実施形態の石炭ガス化複合発電設備10の動作について説明する。
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から第1窒素供給ライン43を流通して供給される窒素により燃料供給ライン12を流通してガス化炉101に供給される。
Here, the operation of the integrated coal gasification combined cycle power generation facility 10 of this embodiment will be described.
In the integrated coal gasification combined cycle power generation facility 10 of this embodiment, when raw coal (coal) is supplied to the coal feeding facility 11, the coal is pulverized into fine particles in the coal feeding facility 11 to become pulverized coal. The pulverized coal produced in the coal feeding facility 11 is supplied to the gasifier 101 through the fuel supply line 12 by nitrogen supplied from the air separation facility 42 through a first nitrogen supply line 43.

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から第2窒素供給ライン45を流通して供給される窒素によりチャー供給ライン13を流通してガス化炉101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101に供給される。 The char recovered in the char recovery facility 15 (described later) is supplied to the gasifier 101 through the char supply line 13 by nitrogen supplied from the air separation facility 42 through the second nitrogen supply line 45. The compressed air extracted from the gas turbine 17 (described later) is boosted by the booster 68 and then supplied to the gasifier 101 through the compressed air supply line 41 together with oxygen supplied from the air separation facility 42.

ガス化炉101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101から第1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。 In the gasifier 101, the supplied pulverized coal and char are combusted with compressed air (oxygen), and the pulverized coal and char are gasified to generate generated gas. This generated gas is then discharged from the gasifier 101 through the first generated gas line 49 and sent to the char recovery facility 15.

このチャー回収設備15にて、生成ガスは、まず、集塵装置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、第2生成ガスライン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101に戻されてリサイクルされる。 In this char recovery facility 15, the generated gas is first supplied to a dust collector 51, which separates the fine char contained in the generated gas. The generated gas from which the char has been separated is then sent to the gas purification facility 16 via a second generated gas line 53. Meanwhile, the fine char separated from the generated gas is piled up in a supply hopper 52 and returned to the gasifier 101 via a char return line 46 for recycling.

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を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。 The generated gas from which the char has been separated by the char recovery equipment 15 is refined in the gas purification equipment 16 to remove impurities such as sulfur compounds and nitrogen compounds, and fuel gas is produced. The compressor 61 generates compressed air and supplies it to the combustor 62. The combustor 62 generates combustion gas by combusting the compressed air supplied from the compressor 61 and the fuel gas supplied from the gas purification equipment 16. The combustion gas rotates the turbine 63, which then rotates the compressor 61 and the generator 19 via the rotating shaft 64. In this way, the gas turbine 17 can generate electricity.

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。 The heat recovery boiler 20 generates steam by exchanging heat between the exhaust gas discharged from the turbine 63 in the gas turbine 17 and the water supplied to the heat recovery boiler 20, and supplies this generated steam to the steam turbine 18. In the steam turbine 18, the steam supplied from the heat recovery boiler 20 drives the turbine 69 to rotate, thereby driving the generator 19 via the rotating shaft 64, thereby generating electricity. Note that the gas turbine 17 and the steam turbine 18 do not have to be on the same shaft to drive a single generator 19, and may be on separate shafts to drive multiple generators.

その後、排気ガス浄化設備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。 Then, in the exhaust gas purification equipment 74, harmful substances are removed from the exhaust gas discharged from the heat recovery boiler 20, and the purified exhaust gas is released into the atmosphere through the chimney 75.

[ガス化炉について]
次に、図1に示すガス化炉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。
[About the gasification furnace]
Next, the gasification furnace 101 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
The gasifier 101 is formed to extend in the vertical direction, and pulverized coal and oxygen are supplied to the lower side in the vertical direction, and the generated gas that is partially combusted and gasified flows from the lower side to the upper side in the vertical direction. The gasifier 101 has a pressure vessel 110 and a gasifier wall (furnace wall) 111 provided inside the pressure vessel 110.

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の内部空間154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。 The gasifier 101 forms an annulus section 115 in the space between the pressure vessel 110 and the gasifier wall 111. The gasifier 101 also forms a combustor section 116, a diffuser section 117, and a reductor section 118 in the internal space 154 of the gasifier wall 111, in that order from the lower side in the vertical direction (i.e., the upstream side in the flow direction of the generated gas).

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、その外壁面が圧力容器110の内壁面と対向して設けられている。 The pressure vessel 110 is formed in a cylindrical shape with a hollow space inside, with a gas exhaust port 121 formed at the upper end and a slag hopper 122 formed at the lower end (bottom). The gasification furnace wall 111 is formed in a cylindrical shape with a hollow space inside, with its outer wall surface facing the inner wall surface of the pressure vessel 110.

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(アニュラス部115)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、各種バーナが挿入され、内部空間154にシンガスクーラ102が配置されている。 The gasification furnace wall 111 separates the inside of the pressure vessel 110 into an internal space 154 and an external space (annulus section 115). The cross-sectional shape of the gasification furnace wall 111 changes at the diffuser section 117 between the combustor section 116 and the reductor section 118. The upper end of the gasification furnace wall 111, which is the vertically upper side, is connected to the gas exhaust port 121 of the pressure vessel 110, and the lower end, which is the vertically lower side, is provided with a gap between it and the bottom of the pressure vessel 110. The slag hopper 122 formed at the bottom of the pressure vessel 110 stores stored water, and the lower end of the gasification furnace wall 111 is submerged in the stored water, sealing the inside and outside of the gasification furnace wall 111. Various burners are inserted into the gasification furnace wall 111, and a syngas cooler 102 is arranged in the internal space 154.

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、圧力容器110の内部空間154(コンバスタ部116、ディフューザ部117及びリダクタ部118)と外部空間(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。 The annulus 115 is a space formed inside the pressure vessel 110 and outside the gasification furnace wall 111, and nitrogen, an inert gas separated by the air separation equipment 42, is supplied through a nitrogen supply line (not shown). Therefore, the annulus 115 becomes a space filled with nitrogen. In addition, an in-furnace pressure equalizing pipe (not shown) for equalizing the pressure inside the gasification furnace 101 is provided near the vertical upper part of the annulus 115. The in-furnace pressure equalizing pipe is provided to communicate the inside and outside of the gasification furnace wall 111, and approximately equalizes the pressure difference between the internal space 154 (combustor section 116, diffuser section 117, and reductor section 118) of the pressure vessel 110 and the external space (annulus section 115) so that it is within a predetermined pressure range.

コンバスタ部116は、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、炉内上方側から順に設けられた、例えば、複数のチャーバーナ125、複数のコンバスタ系微粉炭バーナ(バーナ)126が設けられ、コンバスタより下方にある起動用燃焼室119には複数のスラグ溶融バーナ210、点火トーチ129及び軽油バーナ130からなる燃焼装置が配置されている。スラグ溶融バーナ210は、生成された固化スラグ(スラグS)を溶融するためのものである(図4参照)。スラグ溶融バーナ210の先端は、固化したスラグSを溶融除去するために使用される。スラグ溶融バーナ210及びそれを備えているスラグ溶融バーナ装置の構成や制御方法については後述する。複数の点火トーチ129及び軽油バーナ130は、ガス化炉101の起動に使用されるものである。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。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。 In this embodiment, the combustor section 116 is provided with, for example, a plurality of char burners 125 and a plurality of combustor-based pulverized coal burners (burners) 126 arranged in order from the upper side of the furnace on the gasification furnace wall 111 in the combustor section 116, and a combustion device consisting of a plurality of slag melting burners 210, an ignition torch 129, and a light oil burner 130 is arranged in the startup combustion chamber 119 below the combustor. The slag melting burner 210 is for melting the generated solidified slag (slag S) (see FIG. 4). The tip of the slag melting burner 210 is used to melt and remove the solidified slag S. The configuration and control method of the slag melting burner 210 and the slag melting burner device equipped with it will be described later. The plurality of ignition torches 129 and the light oil burner 130 are used to start up the gasification furnace 101. The high-temperature combustion gas produced by burning a portion of the pulverized coal and char in the combustor section 116 passes through the diffuser section 117 and flows into the reductor section 118. The high-temperature combustion gas produced by burning a portion of the pulverized coal and char in the combustor section 116 passes through the diffuser section 117 and flows into the reductor section 118.

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、微粉炭をガス化し分解することによって揮発分(一酸化炭素、水素、低級炭化水素等)である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、複数のリダクタ系微粉炭バーナ(バーナ)127からなる燃焼装置が配置されている。 The reductor section 118 is a space that is maintained at a high temperature required for the gasification reaction, where pulverized coal is supplied to the combustion gas from the combustor section 116 and partially oxidized and burned, gasifying and decomposing the pulverized coal to produce a product gas that is a volatile matter (carbon monoxide, hydrogen, low hydrocarbons, etc.), and a combustion device consisting of multiple reductor-based pulverized coal burners (burners) 127 is arranged on the gasification furnace wall 111 in the reductor section 118.

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。 The syngas cooler 102 is provided inside the gasifier wall 111 and is provided vertically above the burner 127 of the reductor section 118. The syngas cooler 102 is a heat exchanger, and an evaporator 131, a superheater 132, and a coal economizer 134 are arranged in this order from the vertically lower side of the gasifier wall 111 (upstream side in the flow direction of the generated gas). These syngas coolers 102 cool the generated gas by exchanging heat with the generated gas generated in the reductor section 118. In addition, the evaporator 131, the superheater 132, and the coal economizer 134 are not limited to the numbers shown in the figure.

次に、上述のガス化炉101の動作について説明する。
ガス化炉101は、複数の点火トーチ129及び軽油バーナ130より、酸化剤と燃料が供給され点火される。すると、起動用燃焼室部(図示なし)において、高温燃焼ガスが発生し、コンバスタ部116は、微粉炭やチャーが燃焼可能な所定の温度に加温される。
Next, the operation of the above-mentioned gasification furnace 101 will be described.
The gasifier 101 is ignited by supplying an oxidizer and fuel from a plurality of ignition torches 129 and a diesel burner 130. Then, high-temperature combustion gas is generated in the startup combustion chamber (not shown), and the combustor section 116 is heated to a predetermined temperature at which pulverized coal and char can be combusted.

ガス化炉101において、リダクタ部118のバーナ127により窒素と微粉炭が投入されて点火されると共に、コンバスタ部116のチャーバーナ125及びバーナ126により微粉炭及びチャーと圧縮空気(酸素)が投入されて点火される。すると、コンバスタ部116では、微粉炭とチャーの燃焼により高温燃焼ガスが発生する。また、コンバスタ部116では、微粉炭とチャーの燃焼により灰分が高温ガス中で溶融してスラグが生成され、ガス化炉壁111をつたって流下し、コンバスタ部116の下部に設けられたスラグホールHを通って、最終的にスラグホッパ122内の貯水へ排出される。そして、コンバスタ部116で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部117を通ってリダクタ部118に上昇する。このリダクタ部118では、ガス化反応に必要な高温状態に維持されて、微粉炭が高温燃焼ガスと混合し、高温の還元雰囲気において微粉炭を部分燃焼させてガス化反応が行われ、生成ガスが生成される。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する。また、微粉炭及びチャーが点火し、ガス化反応が開始し、微粉炭及びチャーによる自己着火による安定運転が確保された後、点火トーチ129及び軽油バーナ130は消火される。 In the gasifier 101, nitrogen and pulverized coal are fed and ignited by the burner 127 of the reductor section 118, and pulverized coal, char, and compressed air (oxygen) are fed and ignited by the char burner 125 and burner 126 of the combustor section 116. Then, in the combustor section 116, high-temperature combustion gas is generated by the combustion of the pulverized coal and char. In the combustor section 116, ash is melted in the high-temperature gas by the combustion of the pulverized coal and char, and slag is generated. The slag flows down the gasifier wall 111, passes through the slag hole H provided at the bottom of the combustor section 116, and is finally discharged to the water storage in the slag hopper 122. The high-temperature combustion gas generated in the combustor section 116 rises to the reductor section 118 through the diffuser section 117. In the reductor section 118, the high temperature required for the gasification reaction is maintained, the pulverized coal is mixed with the high-temperature combustion gas, and the gasification reaction is carried out by partially burning the pulverized coal in a high-temperature reducing atmosphere, generating a product gas. The gasified product gas flows vertically from the lower side to the upper side. In addition, the pulverized coal and char are ignited, the gasification reaction begins, and stable operation is ensured by the self-ignition of the pulverized coal and char, after which the ignition torch 129 and the light oil burner 130 are extinguished.

[スラグ溶融バーナ装置の概要について]
次に、図2に示すスラグ溶融バーナ210を備えているスラグ溶融バーナ装置の概要について説明する。
図3に示すように、スラグ溶融バーナ装置は、スラグ溶融バーナ210と、制御部250と、を有している。
[Overview of the slag melting burner device]
Next, an outline of a slag melting burner device equipped with the slag melting burner 210 shown in FIG. 2 will be described.
As shown in FIG. 3 , the slag melting burner device includes a slag melting burner 210 and a control unit 250 .

図3から図5に示すように、スラグ溶融バーナ210は、バーナチップ(先端部)214を起動用燃焼室119の内部に位置させた状態で、バーナチップ214からスラグホールHに向けて火炎を噴射することができる。 As shown in Figures 3 to 5, the slag melting burner 210 can inject a flame from the burner tip 214 toward the slag hole H with the burner tip 214 positioned inside the startup combustion chamber 119.

図3に示すように、スラグ溶融バーナ210は、ガス化炉101に対して進退可能に構成されており、スラグホールH近傍に固化したスラグSが形成されてない場合、すなわち、スラグ溶融バーナ210を使用しない場合、スラグ溶融バーナ210は炉壁111側に引き抜かれる。これにより、スラグ溶融バーナ210の不使用時にスラグ溶融バーナ210が高温雰囲気に晒されることを回避している。この説明において、炉壁111側に引き抜かれたときのスラグ溶融バーナ210の位置を「退避位置」と呼ぶ。 As shown in FIG. 3, the slag melting burner 210 is configured to be movable forward and backward relative to the gasification furnace 101, and when solidified slag S is not formed near the slag hole H, i.e., when the slag melting burner 210 is not in use, the slag melting burner 210 is withdrawn toward the furnace wall 111. This prevents the slag melting burner 210 from being exposed to a high-temperature atmosphere when not in use. In this explanation, the position of the slag melting burner 210 when withdrawn toward the furnace wall 111 is referred to as the "retracted position."

図4に示すように、スラグホールH近傍(詳細には、スラグホールHを形成する炉壁111Aの下端近傍)には、氷柱状にぶら下がった状態で固化したスラグS(スラグ塊)が形成されることがある。スラグSの形成が確認された場合、スラグ溶融バーナ210は、水平方向に沿ってスラグホールHの中心軸側(起動用燃焼室119の中心軸側)に移動される。この説明において、スラグホールHの中心軸側に移動されたときのスラグ溶融バーナ210の位置を「噴射位置」と呼ぶ。 As shown in FIG. 4, solidified slag S (slag lumps) may form near the slag hole H (specifically, near the lower end of the furnace wall 111A that forms the slag hole H) in a hanging icicle-like state. When the formation of slag S is confirmed, the slag melting burner 210 is moved horizontally toward the central axis of the slag hole H (the central axis of the startup combustion chamber 119). In this explanation, the position of the slag melting burner 210 when moved to the central axis of the slag hole H is referred to as the "injection position."

スラグSの形成状況を確認する方法としては、例えば、ガス化炉101に設けられた覗き窓を介した目視による確認、カメラによる確認、センサによる検知等がある。ただし、これらの方法に限定されることはなく、スラグSの形成状況を確認できる任意の方法を採用することができる。 Methods for checking the formation status of slag S include, for example, visual checking through a viewing window provided in the gasification furnace 101, checking with a camera, detection with a sensor, etc. However, the method is not limited to these, and any method capable of checking the formation status of slag S can be adopted.

図5に示すように、噴射位置に移動されたスラグ溶融バーナ210は、バーナチップ214の前面214AからスラグSに向けて火炎を噴射する。これによって、固化したスラグSを加熱・溶融させてスラグSの全体を除去することができる。 As shown in FIG. 5, the slag melting burner 210, which has been moved to the injection position, injects a flame from the front surface 214A of the burner tip 214 toward the slag S. This heats and melts the solidified slag S, allowing the entire slag S to be removed.

図5等に示すように、制御部250は、受熱量算出部252と、燃焼量決定部254と、を含んでいる。 As shown in FIG. 5, the control unit 250 includes a heat reception calculation unit 252 and a combustion amount determination unit 254.

制御部250等は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。
そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。
なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。
コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等である。
The control unit 250 and the like are composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and a computer-readable storage medium.
As an example, a series of processes for realizing various functions is stored in the form of a program in a storage medium, etc., and the various functions are realized by the CPU reading this program into a RAM, etc., and executing information processing and arithmetic operations.
The program may be pre-installed in a ROM or other storage medium, provided in a state stored in a computer-readable storage medium, or distributed via wired or wireless communication means.
The computer-readable storage medium includes a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, and the like.

受熱量算出部252は、スラグ溶融バーナ210のバーナチップ214の受熱量を算出する。燃焼量決定部254は、受熱量算出部252と通信可能に構成されており、受熱量算出部252が出力した情報に基づいて火炎の燃焼量を決定する。 The heat receiving amount calculation unit 252 calculates the amount of heat received by the burner tip 214 of the slag melting burner 210. The combustion amount determination unit 254 is configured to be able to communicate with the heat receiving amount calculation unit 252, and determines the amount of combustion of the flame based on the information output by the heat receiving amount calculation unit 252.

[スラグ溶融バーナ装置の詳細について]
次に、スラグ溶融バーナ装置の詳細について説明する。
図6に示すように、本実施形態に係るスラグ溶融バーナ210は、バーナ本体部212と、バーナチップ214と、供給管230と、を有している。
[Details of the slag melting burner device]
Next, the slag melting burner device will be described in detail.
As shown in FIG. 6 , the slag melting burner 210 according to this embodiment has a burner body 212 , a burner tip 214 , and a supply pipe 230 .

バーナ本体部212は、外筒212Aと内筒212Bとを有し、所定の方向に延びた多重筒構造とされている。バーナ本体部212の延在方向の先端(同図において左端)には、バーナチップ214が取り付けられている。 The burner body 212 has an outer cylinder 212A and an inner cylinder 212B, and has a multi-cylinder structure extending in a predetermined direction. A burner tip 214 is attached to the tip of the burner body 212 in the extension direction (the left end in the same figure).

バーナ本体部212が有する内筒212Bの内側には、バーナ本体部212と同じ方向に延在する供給管230が設けられている。供給管230には、火炎を形成するための燃料(例えば天然ガス)及び酸化剤(例えば酸素)が供給される。供給管230の先端は、バーナチップ214の背面214Bに接続されている。 A supply pipe 230 is provided inside the inner cylinder 212B of the burner body 212, and extends in the same direction as the burner body 212. The supply pipe 230 is supplied with fuel (e.g., natural gas) and oxidizer (e.g., oxygen) for forming a flame. The tip of the supply pipe 230 is connected to the back surface 214B of the burner tip 214.

バーナチップ214には、供給管230に接続され燃料および酸化剤(酸素)を噴出するための流通流路FPが内部に形成されている。流通流路FPは、バーナチップ214の前面214Aと背面214Bとを連通する流路であり、また、供給管230と連通する流路でもある。供給管230に供給された燃料及び酸化剤は、流通流路FPを介してバーナチップ214の前面214Aから噴射される。また、噴射された燃料と酸化剤からなる可燃混合気に点火することで、バーナチップ214から噴射される火炎が形成されることになる。 The burner tip 214 has a flow passage FP formed therein, which is connected to the supply pipe 230 and ejects fuel and oxidizer (oxygen). The flow passage FP is a flow passage that connects the front surface 214A and the back surface 214B of the burner tip 214, and is also a flow passage that connects to the supply pipe 230. The fuel and oxidizer supplied to the supply pipe 230 are ejected from the front surface 214A of the burner tip 214 via the flow passage FP. In addition, the flame ejected from the burner tip 214 is formed by igniting the combustible mixture of the injected fuel and oxidizer.

火炎の燃焼量(火炎の強さ)は、供給される燃料及び/又は酸化剤の流量や割合を調整することによって調節される。燃料及び/又は酸化剤の流量は、例えば供給管230に設けられた流量調整弁(図示せず)の開度によって調節される。流量調整弁は燃焼量決定部254と通信可能、制御可能に構成されており、流量調整弁の開度は燃焼量決定部254によって決定された所定の開度に設定される。 The amount of combustion of the flame (flame strength) is adjusted by adjusting the flow rate and ratio of the fuel and/or oxidizer being supplied. The flow rate of the fuel and/or oxidizer is adjusted, for example, by the opening of a flow control valve (not shown) provided in the supply pipe 230. The flow control valve is configured to be able to communicate with and control the combustion amount determination unit 254, and the opening of the flow control valve is set to a predetermined opening determined by the combustion amount determination unit 254.

バーナチップ214の前面214Aは、スラグホールHに向かって傾斜するように形成されている(図4参照)。流通流路FPは、前面214Aの一部が前面214Aと略直交するように傾斜している。これによって、バーナチップ214から噴射される火炎の噴射方向をスラグホールHに向けることができる。 The front surface 214A of the burner tip 214 is formed so as to be inclined toward the slag hole H (see FIG. 4). The flow passage FP is inclined so that a portion of the front surface 214A is approximately perpendicular to the front surface 214A. This allows the direction of the flame ejected from the burner tip 214 to be directed toward the slag hole H.

バーナチップ214の背面214Bには前面214A側に向かって窪んだ凹所214Cが形成されており、バーナ本体部212の外筒212A及び内筒212Bとともに図6に示す断面図で略U字状の冷却流路CPを画定している。冷却流路CPには、冷却水Wを流通させることができる。これによって、スラグ溶融バーナ210(特にバーナチップ214)を冷却することができる。 A recess 214C is formed on the back surface 214B of the burner tip 214, recessed toward the front surface 214A, which, together with the outer cylinder 212A and inner cylinder 212B of the burner body 212, defines a cooling flow passage CP that is approximately U-shaped in the cross-sectional view shown in Figure 6. Cooling water W can be circulated through the cooling flow passage CP. This allows the slag melting burner 210 (particularly the burner tip 214) to be cooled.

バーナチップ214の背面214Bには温度計測器240が設けられており、バーナチップ214の温度を計測できるように構成されている。温度計測器240は受熱量算出部252と通信可能に構成されており、受熱量算出部252は温度計測器240から出力された情報に基づいてバーナチップ214の温度を算出する。 A temperature measuring device 240 is provided on the back surface 214B of the burner tip 214, and is configured to measure the temperature of the burner tip 214. The temperature measuring device 240 is configured to be able to communicate with the heat reception calculation unit 252, and the heat reception calculation unit 252 calculates the temperature of the burner tip 214 based on the information output from the temperature measuring device 240.

温度計測器240は、例えば、バーナチップ214の背面214Bに形成された凹所214Cに設けられる。この場合、特に、火炎に近い上部の凹所214Cに温度計測器240を設けることが好ましい。ただし、温度計測器240の設置箇所や個数はこれに限定されることはなく、バーナチップ214の仕様、形状に合わせた最適な設置箇所や個数を選択することができる。
温度計測器240は、例えば、熱電対とされる。ただし、これに限定されることはなく、レーザ光や赤外線を用いた非接触式の計測器や画像処理を用いた温度計測等、温度を計測できる任意の機器や方法を採用することができる。
The temperature measuring device 240 is provided, for example, in a recess 214C formed in the back surface 214B of the burner tip 214. In this case, it is particularly preferable to provide the temperature measuring device 240 in the upper recess 214C close to the flame. However, the installation location and number of the temperature measuring device 240 are not limited to this, and the optimal installation location and number can be selected according to the specifications and shape of the burner tip 214.
The temperature measuring device 240 is, for example, a thermocouple. However, the present invention is not limited to this, and any device or method capable of measuring temperature can be used, such as a non-contact measuring device using laser light or infrared rays, or temperature measurement using image processing.

バーナチップ214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。バーナチップ214は、金属3Dプリンタによって作製されてもよい。これによって、流通流路FPや凹所214C等の寸法精度が要求される部分を容易に形成することができ、温度計測器240によるバーナチップ214先端部の温度計測の精度を向上させたり、冷却水Wによる冷却効果を向上させることで受熱量の算出精度を向上させたりすることができる。 The burner tip 214 is formed, for example, from a nickel-based alloy that has excellent heat resistance and corrosion resistance. The burner tip 214 may be produced by a metal 3D printer. This makes it possible to easily form parts that require dimensional accuracy, such as the flow path FP and the recess 214C, and improves the accuracy of temperature measurement of the tip of the burner tip 214 by the temperature measuring device 240, and improves the accuracy of calculation of the amount of heat received by improving the cooling effect of the cooling water W.

[火炎の燃焼量の制御について]
このように構成されたスラグ溶融バーナ装置において、スラグSの形成が確認された場合、スラグ溶融バーナ210が適正な噴射位置に移動された後に点火され火炎が噴射される。
[Regarding control of flame combustion amount]
In the slag melting burner device configured in this manner, when the formation of slag S is confirmed, the slag melting burner 210 is moved to an appropriate injection position and then ignited to inject a flame.

このとき、図8に示すように、氷柱状のスラグSが、噴射位置に移動したスラグ溶融バーナ210のバーナチップ214に対向する位置(具体的には火炎の噴射方向においてバーナチップ214の目前(前面214Aの前方かつ近傍))に位置している状態で火炎を噴射した場合、図9に示すように、スラグSではね返された自己の火炎によってバーナチップ214が過度に昇温する。 At this time, as shown in FIG. 8, if the icicle-shaped slag S is positioned opposite the burner tip 214 of the slag melting burner 210 that has moved to the injection position (specifically, directly in front of the burner tip 214 in the direction of flame injection (in front of and near the front surface 214A)), the burner tip 214 will heat up excessively due to its own flame being bounced off the slag S, as shown in FIG. 9.

本実施形態では、火炎を噴射した後のバーナチップ214の異常昇温を検知・抑制するために、次のような制御が実行される。
すなわち、図7に示すように、バーナチップ214の受熱量を制御部250及び受熱量算出部252によって監視する(ステップS1)。
In this embodiment, in order to detect and suppress an abnormal rise in temperature of the burner tip 214 after the flame is ejected, the following control is executed.
That is, as shown in FIG. 7, the amount of heat received by the burner tip 214 is monitored by the control unit 250 and the amount of heat received calculation unit 252 (step S1).

制御部250は、バーナチップ214の受熱量(受熱量算出部252による算出値)が予め設定された所定の受熱量(設計時に想定した受熱量。以下「所定値」という。)以上か否かを判断することによって、バーナチップ214の目前にスラグSが形成されているか否か判断する(ステップS2)。 The control unit 250 determines whether slag S is formed in front of the burner tip 214 by determining whether the amount of heat received by the burner tip 214 (the value calculated by the heat amount calculation unit 252) is equal to or greater than a predetermined amount of heat received (the amount of heat received assumed at the time of design; hereinafter referred to as the "predetermined value") (step S2).

具体的には、制御部250は、バーナチップ214の受熱量が所定値以上となった場合に、自己の火炎がはね返されるようなスラグSが形成されていると判断する。反対に、バーナチップ214の受熱量が所定値以上ではない場合は、自己の火炎がはね返されるようなスラグSが形成されていないと判断する。 Specifically, when the amount of heat received by the burner tip 214 is equal to or greater than a predetermined value, the control unit 250 determines that slag S that will repel the burner tip's own flame has been formed. Conversely, when the amount of heat received by the burner tip 214 is less than the predetermined value, the control unit 250 determines that slag S that will repel the burner tip's own flame has not been formed.

受熱量算出部252によって算出された受熱量が所定値未満でありバーナチップ214の目前にスラグSが形成されていないと制御部250が判断した場合(図7のステップS2において「NO」で表記)、火炎の燃焼量は変更されない。 If the control unit 250 determines that the amount of heat received calculated by the heat receiving amount calculation unit 252 is less than a predetermined value and that slag S has not been formed in front of the burner tip 214 (indicated as "NO" in step S2 of FIG. 7), the amount of flame combustion is not changed.

受熱量算出部252によって算出された受熱量が所定値以上となりバーナチップ214の目前にスラグSが形成されていると制御部250が判断した場合(図7のステップS2において「YES」で表記)、その情報は燃焼量決定部254に送信される。 When the heat amount calculated by the heat amount calculation unit 252 is equal to or greater than a predetermined value and the control unit 250 determines that slag S is being formed in front of the burner tip 214 (indicated as "YES" in step S2 of FIG. 7), that information is sent to the combustion amount determination unit 254.

バーナチップ214の目前にスラグSが形成されていると判断された場合、燃焼量決定部254は、火炎の燃焼量が低減されるような燃焼量を決定する。
前述の通り、供給管230には流量調整弁(図示せず)が設けられており、流量調整弁の開度によって火炎の燃焼量が調節される。燃焼量決定部254は、決定された火炎の燃焼量に調節されるように流量調整弁の開度を設定する。
なお、受熱量を算出することなく、温度計測器240によって計測された数値から直接的に火炎の燃焼量を決定してもよい。
When it is determined that slag S is formed in front of the burner tip 214, the combustion amount determination unit 254 determines a combustion amount such that the combustion amount of the flame is reduced.
As described above, a flow rate control valve (not shown) is provided in the supply pipe 230, and the amount of combustion of the flame is adjusted by the opening degree of the flow rate control valve. The combustion amount determination unit 254 sets the opening degree of the flow rate control valve so that the amount of combustion of the flame is adjusted to the determined amount of combustion of the flame.
It is also possible to determine the amount of combustion of the flame directly from the value measured by the temperature measuring device 240 without calculating the amount of received heat.

スラグ溶融バーナ210は、火炎の燃焼量が低減された状態でバーナチップ214の目前のスラグSを溶融する(ステップS3)。これによって、バーナチップ214にはね返る火炎の量を低減させることができる。これにより、異常昇温したバーナチップ214の温度を下げることができる。
例えば、図10に示すグラフのように、スラグ溶融バーナ210の運用負荷(火炎の燃焼量)を100%から50%に低減した場合、バーナチップ214の温度が約12%低下する。
The slag melting burner 210 melts the slag S in front of the burner tip 214 with the amount of flame combustion reduced (step S3). This reduces the amount of flame rebounding to the burner tip 214. This allows the temperature of the burner tip 214, which has abnormally risen in temperature, to be reduced.
For example, as shown in the graph of FIG. 10, when the operating load (flame combustion amount) of the slag melting burner 210 is reduced from 100% to 50%, the temperature of the burner tip 214 decreases by about 12%.

この状態で火炎を噴射し続けることで、異常昇温を抑制しつつ、少なくともバーナチップ214の目前にあるスラグを溶融することができる。その後、制御部250は、受熱量算出部252によって算出された受熱量が所定値未満か否かを確認する(ステップS4)。 By continuing to spray the flame in this state, it is possible to melt at least the slag in front of the burner tip 214 while suppressing abnormal temperature rise. After that, the control unit 250 checks whether the amount of heat received calculated by the heat receiving amount calculation unit 252 is less than a predetermined value (step S4).

受熱量算出部252によって算出された受熱量が所定値未満の場合(図7のステップS4において「YES」で表記)、制御部250は、少なくともバーナチップ214の目前からスラグSが除去されたと判断する。 If the amount of heat received calculated by the heat receiving amount calculation unit 252 is less than the predetermined value (indicated as "YES" in step S4 of FIG. 7), the control unit 250 determines that the slag S has been removed at least from directly in front of the burner tip 214.

バーナチップ214の目前からスラグSが除去されたと制御部250が判断した場合、燃焼量決定部254は、火炎の燃焼量を調整して(例えば、元の燃焼量に戻して)スラグSの溶融を継続する(ステップS5)。
バーナチップ214の目前からスラグSが除去された場合、スラグSとバーナチップ214との間の距離が確保されるので、火炎の燃焼量を元に戻したとしても(すなわち、増大させたとしても)バーナチップ214の過度な昇温は抑制される。
If the control unit 250 determines that the slag S has been removed from in front of the burner tip 214, the combustion amount determination unit 254 adjusts the combustion amount of the flame (e.g., returns it to the original combustion amount) to continue melting the slag S (step S5).
When the slag S is removed from in front of the burner tip 214, the distance between the slag S and the burner tip 214 is maintained, so that even if the amount of flame combustion is restored (i.e., increased), excessive heating of the burner tip 214 is suppressed.

受熱量算出部252によって算出された受熱量が所定値未満ではない場合(図7のステップS4において「NO」で表記)、ステップS3に戻り火炎の噴射を継続する。 If the amount of heat received calculated by the heat receiving amount calculation unit 252 is not less than the predetermined value (indicated as "NO" in step S4 of FIG. 7), the process returns to step S3 and the flame injection continues.

なお、バーナチップ214の目前からスラグSが除去されたと判断した場合であってスラグホールHにスラグSの滞留が確認されないときは、スラグ溶融バーナ210の運転を停止してもよい。 In addition, if it is determined that the slag S has been removed from in front of the burner tip 214 and no slag S is found remaining in the slag hole H, the operation of the slag melting burner 210 may be stopped.

スラグホールHにスラグSが滞留しているか否かを確認する方法としては、例えば、ガス化炉101に設けられた覗き窓を介した目視による確認、カメラによる確認、センサによる検知等がある。ただし、これらの方法に限定されることはなく、スラグSの形成状況を確認できる任意の方法を採用することができる。
また、バーナチップ214の目前からスラグSが除去されたか否かを上記の方法で確認してもよい。
Methods for checking whether slag S is retained in the slag hole H include, for example, visual checking through a viewing window provided in the gasification furnace 101, checking with a camera, detection with a sensor, etc. However, the method is not limited to these, and any method capable of checking the formation status of slag S can be adopted.
In addition, it may be confirmed by the above-mentioned method whether or not the slag S has been removed from in front of the burner tip 214.

ステップS5で火炎の燃焼量を戻した後は、ステップS1に戻り、同様の制御を繰り返す。 After the flame combustion amount is returned to in step S5, the process returns to step S1 and the same control is repeated.

ステップS1からステップS5のいずれかの中で、スラグSの全体が除去されてスラグホールHにスラグSの滞留が確認されなければ、燃料及び酸化剤の噴射・供給を止めてスラグ溶融バーナ210を退避位置まで引き抜く。 If, during any of steps S1 to S5, the entire slag S is removed and no slag S is found remaining in the slag hole H, the injection and supply of fuel and oxidizer is stopped and the slag melting burner 210 is withdrawn to the retracted position.

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
スラグ溶融バーナ装置は、ガス化炉101内で固化したスラグSに向けてバーナチップ214から火炎を噴射するスラグ溶融バーナ210と、バーナチップ214の受熱量を算出する受熱量算出部252と、受熱量算出部252からの情報に基づいて火炎の燃焼量を決定する燃焼量決定部254と、を備えているので、火炎を噴射するスラグ溶融バーナ210のバーナチップ214の受熱量に基づいて火炎の燃焼量を調節することができる。このため、例えばスラグ溶融バーナ210のバーナチップ214に対向する位置(具体的には火炎の噴射方向においてバーナチップ214の目前)にスラグSがあったとしても、スラグSではね返された自己の火炎によってバーナチップ214が過度に昇温する前に火炎の燃焼量を低減することができる。これによって、自己の火炎によってスラグ溶融バーナ210のバーナチップ214が損傷してしまう可能性を低減できる。また、バーナチップ214に対向する位置からスラグが除去されてバーナ先端部の受熱量が許容範囲に収まれば、火炎の燃焼量を増大させる(元の燃焼量に戻す)こともできる。
According to this embodiment, the following effects are obtained.
The slag melting burner device includes a slag melting burner 210 that injects a flame from a burner tip 214 toward the slag S solidified in the gasification furnace 101, a heat receiving amount calculation unit 252 that calculates the amount of heat received by the burner tip 214, and a combustion amount determination unit 254 that determines the amount of combustion of the flame based on information from the heat receiving amount calculation unit 252. Therefore, the amount of combustion of the flame can be adjusted based on the amount of heat received by the burner tip 214 of the slag melting burner 210 that injects the flame. Therefore, even if slag S is located in a position facing the burner tip 214 of the slag melting burner 210 (specifically, in front of the burner tip 214 in the direction of the flame injection), the amount of combustion of the flame can be reduced before the burner tip 214 is excessively heated by its own flame repelled by the slag S. This reduces the possibility that the burner tip 214 of the slag melting burner 210 will be damaged by its own flame. Furthermore, if the slag is removed from the position opposite the burner tip 214 and the amount of heat received by the tip of the burner falls within an allowable range, the amount of combustion of the flame can be increased (returned to the original amount of combustion).

[変形例]
温度計測器240はバーナチップ214の背面214Bに設けられていたが、例えば、次の設置方法を採用することもできる。
すなわち、温度計測器240を、バーナチップ214よりも上流側の冷却流路CP(バーナチップ214側へ供給される冷却水Wが流通する冷却流路CP)及びバーナチップ214よりも下流側の冷却流路CP(ガス化炉の外側に戻る冷却水Wが流通する冷却流路CP)の2箇所に設けてもよい。これによって、バーナチップ214を冷却する前の冷却水Wの温度と冷却した後の冷却水Wの温度を計測することができる。
[Modification]
Although the temperature measuring device 240 is provided on the rear surface 214B of the burner tip 214, for example, the following installation method can also be adopted.
That is, the temperature measuring device 240 may be provided at two locations: the cooling passage CP upstream of the burner tip 214 (the cooling passage CP through which the cooling water W supplied to the burner tip 214 flows) and the cooling passage CP downstream of the burner tip 214 (the cooling passage CP through which the cooling water W returning to the outside of the gasifier flows). This makes it possible to measure the temperature of the cooling water W before cooling the burner tip 214 and the temperature of the cooling water W after cooling.

受熱量算出部252によって、冷却前後の冷却水Wの温度差から冷却水Wの温度上昇値を算出することで、バーナチップ214の受熱量を算出することが可能となる。この場合、冷却水Wの温度上昇値(計測値)が予め設定された所定の上昇値以上になったとき、バーナチップ214の受熱量が所定値以上になったと判断して、燃焼量決定部254は、火炎の燃焼量を低減させる制御を実行する。 The heat amount calculation unit 252 calculates the temperature rise value of the cooling water W from the temperature difference of the cooling water W before and after cooling, making it possible to calculate the amount of heat received by the burner tip 214. In this case, when the temperature rise value (measured value) of the cooling water W becomes equal to or exceeds a predetermined rise value set in advance, it is determined that the amount of heat received by the burner tip 214 becomes equal to or exceeds the predetermined value, and the combustion amount determination unit 254 executes control to reduce the amount of combustion of the flame.

変形例に係るスラグ溶融バーナ装置によれば、温度計測器240は、バーナチップ214の温度を直接的に計測する場合に比べて、低温とされた雰囲気下での温度の計測が可能となる。 According to the modified slag melting burner device, the temperature measuring device 240 can measure the temperature in a low-temperature atmosphere compared to when the temperature of the burner tip 214 is measured directly.

なお、温度計測器240をバーナチップ214の背面214B及び冷却流路CPの両箇所に設けてもよい。これにより、温度計測器240からより精度の高い情報に基づいた受熱量算出部252での算出が可能となる。 The temperature measuring device 240 may be provided on both the back surface 214B of the burner tip 214 and the cooling flow path CP. This allows the heat receiving amount calculation unit 252 to perform calculations based on more accurate information from the temperature measuring device 240.

以上の通り説明した実施形態は、例えば以下のように把握される。
すなわち、本開示の一態様に係るスラグ溶融バーナ装置は、炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化させるガス化炉(101)に用いられるスラグ溶融バーナ装置であって、前記ガス化炉(101)内で固化したスラグ(S)に向けて先端部(214)から火炎を噴射するスラグ溶融バーナ(210)と、前記先端部(214)の受熱量を算出する受熱量算出部(252)と、前記受熱量算出部(252)からの情報に基づいて噴射する火炎の燃焼量を決定する燃焼量決定部(254)と、を備えている。
The embodiment described above can be understood, for example, as follows.
That is, a slag melting burner device according to one embodiment of the present disclosure is a slag melting burner device used in a gasification furnace (101) which partially burns and gasifies a carbon-containing solid fuel, and is equipped with a slag melting burner (210) which sprays a flame from a tip (214) toward the slag (S) solidified in the gasification furnace (101), a heat reception amount calculation unit (252) which calculates the amount of heat received by the tip (214), and a combustion amount determination unit (254) which determines the combustion amount of the sprayed flame based on information from the heat reception amount calculation unit (252).

本態様に係るスラグ溶融バーナ装置は、ガス化炉(101)内で固化したスラグ(S)に向けて先端部(214)から火炎を噴射するスラグ溶融バーナ(210)と、先端部(214)の受熱量を算出する受熱量算出部(252)と、受熱量算出部(252)からの情報に基づいて火炎の燃焼量を決定する燃焼量決定部(254)と、を備えているので、火炎を噴射するスラグ溶融バーナ(210)の先端部(214)の受熱量に基づいて火炎の燃焼量を決定することができる。このため、例えばスラグ溶融バーナ(210)の先端部(214)に対向する位置(具体的には火炎の噴射方向において先端部(214)の目前)にスラグ(S)があったとしても、スラグ(S)ではね返された自己の火炎によって先端部(214)が過度に昇温する前に火炎の燃焼量を低減することができる。これによって、自己の火炎によってスラグ溶融バーナ(210)の先端部(214)が損傷してしまう可能性を低減できる。また、先端部(214)に対向する位置からスラグ(S)が除去されて先端部(214)の温度が許容範囲に収まれば、火炎の燃焼量を増大させる(元の燃焼量に戻す)こともできる。 The slag melting burner device according to the present embodiment includes a slag melting burner (210) that injects a flame from its tip (214) toward the slag (S) solidified in the gasification furnace (101), a heat amount calculation unit (252) that calculates the amount of heat received by the tip (214), and a combustion amount determination unit (254) that determines the amount of combustion of the flame based on information from the heat amount calculation unit (252). Therefore, the amount of combustion of the flame can be determined based on the amount of heat received by the tip (214) of the slag melting burner (210) that injects the flame. Therefore, even if slag (S) is present at a position facing the tip (214) of the slag melting burner (210) (specifically, in front of the tip (214) in the direction of the flame injection), the amount of combustion of the flame can be reduced before the tip (214) is excessively heated by its own flame repelled by the slag (S). This reduces the possibility that the tip (214) of the slag melting burner (210) will be damaged by its own flame. Also, if the slag (S) is removed from the position opposite the tip (214) and the temperature of the tip (214) falls within the allowable range, the amount of combustion of the flame can be increased (returned to the original amount of combustion).

また、本開示の一態様に係るスラグ溶融バーナ装置において、前記先端部(214)の温度を計測する温度計測器(240)を備え、受熱量算出部(252)は、前記温度計測器(240)からの情報に基づいて前記先端部(214)の受熱量を算出する。 In addition, in a slag melting burner device according to one embodiment of the present disclosure, a temperature measuring device (240) is provided for measuring the temperature of the tip portion (214), and a heat receiving amount calculation unit (252) calculates the amount of heat received by the tip portion (214) based on information from the temperature measuring device (240).

本態様に係るスラグ溶融バーナ装置は、先端部(214)の温度を計測する温度計測器(240)を備え、受熱量算出部(252)は、温度計測器(240)からの情報に基づいて先端部(214)の受熱量を算出するので、応答性よく先端部(214)の受熱量変化を算出できる。温度計測器(240)は、例えば、熱電対とされる。 The slag melting burner device according to this embodiment is equipped with a temperature measuring device (240) that measures the temperature of the tip portion (214), and the heat receiving amount calculation unit (252) calculates the amount of heat received by the tip portion (214) based on information from the temperature measuring device (240), so that the change in the amount of heat received by the tip portion (214) can be calculated with good responsiveness. The temperature measuring device (240) is, for example, a thermocouple.

また、本開示の一態様に係るスラグ溶融バーナ装置において、前記スラグ溶融バーナ(210)の内部を流通し前記スラグ溶融バーナ(210)を冷却する冷却水の温度を計測する温度計測器(240)を備え、前記受熱量算出部(252)は、前記温度計測器(240)からの情報に基づいて前記先端部(214)の受熱量を算出する。 In addition, in a slag melting burner device according to one embodiment of the present disclosure, a temperature measuring device (240) is provided for measuring the temperature of the cooling water that flows through the inside of the slag melting burner (210) and cools the slag melting burner (210), and the heat receiving amount calculation unit (252) calculates the amount of heat received by the tip portion (214) based on information from the temperature measuring device (240).

本態様に係るスラグ溶融バーナ装置は、スラグ溶融バーナ(210)の内部を流通しスラグ溶融バーナ(210)を冷却する冷却水の温度を計測する温度計測器(240)を備え、受熱量算出部(252)は、温度計測器(240)からの情報に基づいて先端部(214)の受熱量を算出するので、先端部(214)の温度を直接的に計測する場合に比べて、低温とされた雰囲気下での温度の計測が可能となる。 The slag melting burner device according to this embodiment is equipped with a temperature measuring device (240) that measures the temperature of the cooling water that flows through the inside of the slag melting burner (210) and cools the slag melting burner (210), and the heat receiving amount calculation unit (252) calculates the amount of heat received by the tip portion (214) based on information from the temperature measuring device (240), making it possible to measure the temperature in a low-temperature atmosphere compared to when the temperature of the tip portion (214) is measured directly.

また、本開示の一態様に係るスラグ溶融バーナ装置において、前記燃焼量決定部(254)は、前記受熱量算出部(252)で算出された前記先端部(214)の受熱量が所定の受熱量以上となった場合に火炎の燃焼量を低減させる。 In addition, in a slag melting burner device according to one embodiment of the present disclosure, the combustion amount determination unit (254) reduces the amount of combustion of the flame when the amount of heat received by the tip portion (214) calculated by the heat received amount calculation unit (252) becomes equal to or greater than a predetermined amount of heat received.

本態様に係るスラグ溶融バーナ装置において、燃焼量決定部(254)は、先端部(214)の受熱量が所定の受熱量以上となった場合に火炎の燃焼量を低減させるので、先端部(214)が過度に昇温する前に火炎の燃焼量を低減することができる。これによって、自己の火炎によって先端部(214)が溶損してしまう可能性を低減できる。 In the slag melting burner device according to this embodiment, the combustion amount determination unit (254) reduces the amount of combustion of the flame when the amount of heat received by the tip portion (214) exceeds a predetermined amount of heat, so that the amount of combustion of the flame can be reduced before the tip portion (214) becomes excessively hot. This reduces the possibility that the tip portion (214) will melt due to its own flame.

また、本開示の一態様に係るスラグ溶融バーナ装置において、前記燃焼量決定部(254)は、前記温度検出器(240)で検出された前記先端部(214)の温度が所定の温度以上となった場合に火炎の燃焼量を低減させる。 In addition, in a slag melting burner device according to one embodiment of the present disclosure, the combustion amount determination unit (254) reduces the combustion amount of the flame when the temperature of the tip portion (214) detected by the temperature detector (240) becomes equal to or higher than a predetermined temperature.

本態様に係るスラグ溶融バーナ装置において、燃焼量決定部(254)は、先端部(214)の温度が所定の温度以上となった場合に火炎の燃焼量を低減させるので、先端部(214)が過度に昇温する前に火炎の燃焼量を低減することができる。これによって、自己の火炎によって先端部(214)が溶損してしまう可能性を低減できる。 In the slag melting burner device according to this embodiment, the combustion amount determination unit (254) reduces the amount of combustion of the flame when the temperature of the tip portion (214) reaches or exceeds a predetermined temperature, so that the amount of combustion of the flame can be reduced before the temperature of the tip portion (214) rises excessively. This reduces the possibility that the tip portion (214) will melt due to its own flame.

また、本開示の一態様に係るスラグ溶融バーナ装置において、前記燃焼量決定部(254)は、冷却水の温度上昇値が所定の上昇値以上となった場合に火炎の燃焼量を低減させる。 In addition, in a slag melting burner device according to one embodiment of the present disclosure, the combustion amount determination unit (254) reduces the combustion amount of the flame when the temperature rise value of the cooling water reaches or exceeds a predetermined rise value.

本態様に係るスラグ溶融バーナ装置において、燃焼量決定部(254)は、冷却水の温度上昇値が所定の上昇値以上となった場合に火炎の燃焼量を低減させるので、先端部(214)が過度に昇温する前に火炎の燃焼量を低減することができる。これによって、自己の火炎によって先端部(214)が溶損してしまう可能性を低減できる。 In the slag melting burner device according to this embodiment, the combustion amount determination unit (254) reduces the amount of flame combustion when the temperature rise value of the cooling water exceeds a predetermined rise value, so that the amount of flame combustion can be reduced before the tip portion (214) becomes excessively hot. This reduces the possibility that the tip portion (214) will be melted by its own flame.

また、本開示の一態様に係るガス化炉(101)は、上記のスラグ溶融バーナ装置を備えている。 The gasification furnace (101) according to one embodiment of the present disclosure is equipped with the above-mentioned slag melting burner device.

また、本開示の一態様に係るガス化複合発電設備(10)は、上記のガス化炉(101)を備えている。 In addition, the gasification combined cycle power generation facility (10) according to one embodiment of the present disclosure is equipped with the above-mentioned gasification furnace (101).

また、本開示の一態様に係るスラグ溶融バーナ装置の制御方法は、ガス化炉(101)内で固化したスラグ(S)に向けて先端部(214)から火炎を噴射するスラグ溶融バーナ(210)を備えているスラグ溶融バーナ装置の制御方法であって、前記先端部(214)の受熱量に基づいて火炎の燃焼量を決定する。 In addition, a control method for a slag melting burner device according to one embodiment of the present disclosure is a control method for a slag melting burner device equipped with a slag melting burner (210) that sprays a flame from a tip (214) toward solidified slag (S) in a gasification furnace (101), and determines the amount of combustion of the flame based on the amount of heat received by the tip (214).

10 石炭ガス化複合発電設備(ガス化複合発電設備)
11 給炭設備
11a 給炭ライン
12 燃料供給ライン
13 チャー供給ライン
15 チャー回収設備
16 ガス精製設備
17 ガスタービン
18 蒸気タービン
19 発電機
20 排熱回収ボイラ
41 圧縮空気供給ライン
42 空気分離設備
43 第1窒素供給ライン
45 第2窒素供給ライン
46 チャー戻しライン
47 酸素供給ライン
49 第1生成ガスライン
51 集塵装置
52 供給ホッパ
53 第2生成ガスライン
61 圧縮機
62 燃焼器
63 タービン
64 回転軸
65 圧縮空気供給ライン
66 燃料ガス供給ライン
67 燃焼ガス供給ライン
68 昇圧機
69 タービン
70 排ガスライン
71 蒸気供給ライン
72 給水ライン
74 排気ガス浄化設備
75 煙突
101 ガス化炉
102 シンガスクーラ
110 圧力容器
111 ガス化炉壁(炉壁)
115 アニュラス部(外部空間)
116 コンバスタ部
117 ディフューザ部
118 リダクタ部
119 起動用燃焼室
121 ガス排出口
122 スラグホッパ
125 チャーバーナ
126 バーナ(コンバスタ系微粉炭バーナ)
127 バーナ(リダクタ系微粉炭バーナ)
129 点火トーチ
130 軽油バーナ
131 蒸発器(エバポレータ)
132 過熱器(スーパーヒータ)
134 節炭器(エコノマイザ)
154 内部空間
210 スラグ溶融バーナ
212 バーナ本体部
212A 外筒
212B 内筒
214 バーナチップ(先端部)
214A 前面
214B 背面
214C 凹所
230 供給管
240 温度計測器
250 制御部
252 受熱量算出部
254 燃焼量決定部
CP 冷却流路
FP 流通流路
S スラグ
W 冷却水
10. Coal gasification combined cycle power generation facilities (gasification combined cycle power generation facilities)
11 Coal feeding equipment 11a Coal feeding line 12 Fuel supply line 13 Char supply line 15 Char recovery equipment 16 Gas purification equipment 17 Gas turbine 18 Steam turbine 19 Generator 20 Exhaust heat recovery boiler 41 Compressed air supply line 42 Air separation equipment 43 First nitrogen supply line 45 Second nitrogen supply line 46 Char return line 47 Oxygen supply line 49 First generated gas line 51 Dust collector 52 Supply hopper 53 Second generated gas line 61 Compressor 62 Combustor 63 Turbine 64 Rotating shaft 65 Compressed air supply line 66 Fuel gas supply line 67 Combustion gas supply line 68 Booster 69 Turbine 70 Exhaust gas line 71 Steam supply line 72 Feed water line 74 Exhaust gas purification equipment 75 Chimney 101 Gasifier 102 Syngas cooler 110 Pressure vessel 111 Gasifier wall (furnace wall)
115 Annulus (external space)
116 Combustor section 117 Diffuser section 118 Reductor section 119 Start-up combustion chamber 121 Gas exhaust port 122 Slag hopper 125 Char burner 126 Burner (combustor type pulverized coal burner)
127 Burner (Reductor type pulverized coal burner)
129 Ignition torch 130 Light oil burner 131 Evaporator
132 Superheater
134 Economizer
154 Internal space 210 Slag melting burner 212 Burner body 212A Outer cylinder 212B Inner cylinder 214 Burner tip (tip)
214A Front surface 214B Rear surface 214C Recess 230 Supply pipe 240 Temperature measuring device 250 Control unit 252 Heat receiving amount calculation unit 254 Combustion amount determination unit CP Cooling flow path FP Distribution flow path S Slag W Cooling water

Claims (9)

炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化させるガス化炉に用いられるスラグ溶融バーナ装置であって、
前記ガス化炉内で固化したスラグに向けて先端部から火炎を噴射するスラグ溶融バーナと、
前記先端部の受熱量を算出する受熱量算出部と、
前記受熱量算出部からの情報に基づいて火炎の燃焼量を決定する燃焼量決定部と、
を備えているスラグ溶融バーナ装置。
A slag melting burner device used in a gasification furnace that partially combusts and gasifies a carbon-containing solid fuel,
a slag melting burner that injects a flame from a tip portion toward the slag solidified in the gasification furnace;
A heat reception amount calculation unit that calculates a heat reception amount of the tip portion;
a combustion amount determination unit that determines a combustion amount of a flame based on information from the heat reception amount calculation unit;
A slag melting burner apparatus comprising:
前記先端部の温度を計測する温度計測器を備え、
前記受熱量算出部は、前記温度計測器からの情報に基づいて前記先端部の受熱量を算出する請求項1に記載のスラグ溶融バーナ装置。
A temperature measuring device is provided for measuring the temperature of the tip portion,
The slag melting burner device according to claim 1 , wherein the heat receiving amount calculation unit calculates the heat receiving amount of the tip portion based on information from the temperature measuring device.
前記スラグ溶融バーナの内部を流通し前記スラグ溶融バーナを冷却する冷却水の温度を計測する温度計測器を備え、
前記受熱量算出部は、前記温度計測器からの情報に基づいて前記先端部の受熱量を算出する請求項1に記載のスラグ溶融バーナ装置。
A temperature measuring instrument is provided for measuring the temperature of the cooling water that flows through the inside of the slag melting burner and cools the slag melting burner,
The slag melting burner device according to claim 1 , wherein the heat receiving amount calculation unit calculates the heat receiving amount of the tip portion based on information from the temperature measuring device.
前記燃焼量決定部は、前記受熱量算出部で算出された前記先端部の受熱量が所定の受熱量以上となった場合に火炎の燃焼量を低減させる請求項1から3のいずれかに記載のスラグ溶融バーナ装置。 A slag melting burner device according to any one of claims 1 to 3, wherein the combustion amount determination unit reduces the combustion amount of the flame when the amount of heat received by the tip calculated by the heat reception amount calculation unit becomes equal to or exceeds a predetermined amount of heat. 前記燃焼量決定部は、前記温度計測器で計測された前記先端部の温度が所定の温度以上となった場合に火炎の燃焼量を低減させる請求項1又は2に記載のスラグ溶融バーナ装置。 The slag melting burner device according to claim 1 or 2, wherein the combustion amount determination unit reduces the combustion amount of the flame when the temperature of the tip measured by the temperature measuring device becomes equal to or higher than a predetermined temperature. 前記燃焼量決定部は、冷却水の温度上昇値が所定の上昇値以上となった場合に火炎の燃焼量を低減させる請求項3に記載のスラグ溶融バーナ装置。 The slag melting burner device according to claim 3, wherein the combustion amount determination unit reduces the combustion amount of the flame when the temperature rise value of the cooling water exceeds a predetermined rise value. 請求項1から6のいずれかに記載のスラグ溶融バーナ装置を備えているガス化炉。 A gasification furnace equipped with a slag melting burner device according to any one of claims 1 to 6. 請求項7に記載のガス化炉を備えているガス化複合発電設備。 An integrated gasification power generation facility equipped with the gasification furnace according to claim 7. ガス化炉内で固化したスラグに向けて先端部から火炎を噴射するスラグ溶融バーナを備えているスラグ溶融バーナ装置の制御方法であって、
前記先端部の受熱量に基づいて火炎の燃焼量を決定するスラグ溶融バーナ装置の制御方法。
A method for controlling a slag melting burner device having a slag melting burner that injects a flame from a tip portion toward slag solidified in a gasification furnace, comprising:
A control method for a slag melting burner device that determines the amount of flame combustion based on the amount of heat received at the tip.
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