JPH0455635B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、噴流層固形燃料ガス化装置に係り、
特に、粉末固形燃料（石炭）をガス化剤とともに
径の小さなバーナノズルから負荷変動にかかわら
ず最適噴出速度を一定に維持でき容易に調節する
ことができる固形燃料噴出バーナに関する。

〔従来の技術〕

石炭は化石燃料資源の中で埋蔵量が最大であり
石油代替エネルギーとして注目されている。

石炭は、固体で取り扱いが不便な上、灰分、硫
黄、窒素等を含有しており有効利用するためには
液化、ガス化等によりクリーンなエネルギー源に
変換して利用することが望まれる。現在、石炭の
クリーン燃料化の有力な方法として石炭ガス化が
注目されている。その中でも石炭からのクリーン
ガスを発電に用いる石炭ガス化複合発電方式が注
目されている。石炭ガス化複合発電方式を支える
重要技術の一つは石炭ガス化技術であり、発電用
ガス化炉に対しては、高いガス化効率、電力需要
に対応できる運転性及び信頼性、幅広い炭種に対
する適用性等が要求される。これらを満足させる
には、微粉炭を気流中で反応させる噴出層ガス化
炉が有望である。噴流層ガス化炉の開発は、米国
において、最初に研究され我国においても研究か
ら実用化の段階に移りつつある。これらはいずれ
も規模が小さい。そして昭和55年ごろから大容
量、高性能噴流層ガス化炉の必要性が再認識され
た。

これらに用いられているガス化炉の効率を向上
させる手段として、大半が固形燃料をできるだけ
炉内に滞留させ、ガス化反応に促進させることを
主眼としている。このためバーナの設置位置、角
度及び構造等につきホツトガス化炉を模擬したコ
ールドモデルで粒子滞留時間をそれぞれ測定する
とともに炉内の固形燃料の流れ解析を実施して炉
構造を決定している。

その中でも、粒子の滞留時間に及ぼすバーナノ
ズル噴出速度の影響によいて検討した結果、第４
図のように噴出速度が早くなるに従つてガス相互
の干渉が激しくなり旋回力が強くなることから、
粒子の滞留時間が長くなる。このことから負荷変
動時もある一定の噴出速度以上に維持することが
前記理由から必要不可欠である。

以上のことから、固形燃料のガス化を炉全体で
促進させるには、負荷変動にかかわらずバーナの
ガス噴出速度を一定に維持できかつ自由に調節で
きるノズル構造であることが重要である。

従来、バーナ噴出速度を調節する方法を類別す
ると基本的には２種類になる。

１）機械的に微粉炭ノズル出口及びガス化剤出
口径を調節し、噴出速度を調節する方法（特開昭
54−94126号、特開昭55−17060号、特開昭58−
213089号）、２）燃料搬送用ガス及びガス化剤量
を調節することより噴出速度を調節する方法等が
ある。

(1)の方法の代表的な例として第５図に示した。

第５図に示した噴出速度の調節方法は、微粉炭
供給管６内に微粉炭及びガス化剤の出口径８を調
節するために、噴出速度調節用駆動機構１、連結
棒２及び出口間隙調節部３を設置し、負荷が変動
した際に１を作動させ、８の径を設定することに
より噴出速度を調節するものである。この方法の
利点は、機械的に微粉炭及びガス化剤の出口径８
を設定するため、正確に噴出速度を決定すること
ができる。

(2)の方法の利点は、機構が簡単で操作が容易で
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

固形燃料のガス化は、一般に搬送気体の量を低
減させる必要があり、このため、混相流の粉末固
形燃料の密度が高くなる。したがつて、(1)中の特
開昭54−94126号を用いると微粉炭等が高速流で
あたるため出口間隙調節部３が摩耗することが考
えられる。また、燃料供給管６内に連結棒２を捜
入しているため、粉末固形燃料の供給自体に影響
を及ぼし供給管６内で粉末固形燃料が堆積した
り、８出口で閉塞する欠点がある。また、特開昭
58−213089号では、合成ガスの消費量が低い場合
には、燃料供給管（中間管）及び燃料供給管内に
設置しているガス化剤供給管（内側管）を最適な
ガス化ができるように適当に前方に変位させる。
また、消費量が高い場合には、両管を引くことに
より、環状間隙を大きくし、物質流量を広い限度
内で高めるようにしている。しかし、この構造で
はその環形間隙等を設定する機構が設置されてな
く、その調節が非常に困難である。

(2)の方法では、負荷変動に応じて噴出速度を容
易に変えることはできるが、前記のように炉内で
の粒子の滞留時間を長く保つには、バーナの噴出
速度をある一定噴出速度以上に保つように調節す
ることが必要である。また、スラグ化を促進する
ためにも高温化が必要である。負荷が低くなると
搬送用ガス（窒素又は空気）等を多量に供給する
ため炉内温度が低下することが考えられるため、
この二つを満足することは(2)の方法では困難であ
る。

本発明の目的は、粉末固形燃料を径の小さなバ
ーナノズルから負荷変動にかかわらずバーナ噴出
速度を一定に維持できかつ容易に調節することが
できる好適な粉末固形燃料噴出バーナを提供する
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、負荷変動にかかわらずバーナガス
化剤供給口とガス化炉との差圧を検知し、それに
対応して微粉炭ノズル自体を軸方向に移動させる
駆動機構を作動させ、外筒管先端内壁出口と微粉
炭ノズル先端外壁出口との間の環状間隙を調節す
ることにより、前記欠点を克服し最適噴出速度を
一定に維持させかつ容易に調節できる構造とした
ものである。

微粉炭ノズルを軸方向に移動することによつて
微粉炭ノズル先端外壁出口と外筒管先端内壁出口
との間の環状間〓を調節できるようにするため
に、ノズル先端外壁出口の形状と外筒管先端内壁
出口に形状とを同一形状にし、具体的には半球状
にする。

〔作 用〕

すなわち、バーナガス化剤入口とガス化炉との
間に差圧検出器を設置して、バーナ内のガス化剤
供給口とガス化炉との間の差圧を検出することに
より、最適噴出速度時での差圧を把握しこの時の
差圧を基準にして、負荷が変わつた時に微粉炭供
給管とガス化剤供給管の接続部に設置している駆
動機構を作動させ微粉炭ノズルを軸方向に移動す
ることにより、微粉炭ノズル先端出口外壁部と外
筒管先端内壁部の環状間隙を調節し、噴出速度を
一定に維持するとともに容易に調節できるように
したものである。

〔実施例〕

本発明は、粉末固形燃料を高圧のガス化炉内に
供給する場合に本発明を適用したものである。

本発明を第１図に従つて説明する。全体は、噴
出速度調節用駆動機構１、外筒管（又は冷却管）
１５、ガス化剤供給管１６、微粉炭吹込みノズル
５，６，７，８より成る。バーナ全体は三重管構
造となつており、冷却水流通ライン１４を通る冷
却水入口１２、出口１３によつて冷却される。

微粉炭吹込みノズル５，６，７，８は微粉炭流
通ライン５、微粉炭供給管６、微粉炭ノズル７、
微粉炭ノズル出口８′で構成されている。

微粉炭ノズル７の形状は、半球状１７で、微粉
炭流通孔２０は微粉炭流通ライン５と同径とす
る。また、微粉炭ノズル７の先端部は通常外筒管
先端１５よりも炉内側に突き出している構造であ
る。この構造とすることにより、ガス化剤流通出
口１１の間隙が明確になると同時により最適な噴
出速度を調節できるようになる。この７の材質
は、1800℃まで耐熱可能なセラミツクを採用する
ことにより、ガス化炉側への捜入を容易とした。

ガイ化剤供給ノズル９，１０，１１，１６，１
９，２１は、ガス化剤供給口９、差圧検出器２
１、ガス化剤供給管１６、ガス化剤流通ライン１
０、環状間隙１９及びガス化剤流通出口孔１１か
ら構成される。差圧検出器２１は、９部（又は１
９部）とガス化炉との差圧を検出し、ある一定の
差圧低下になると（最適噴出速度時での差圧を基
準）１を作動させるために設置したものである。
これにより負荷変動にかかわらず、最適噴出速度
を一定に維持できかつ容易に調節できることがで
きる。また、１８は微粉炭ノズル７の１７の形状
と同様にし、１７との環状間隙１９と同じになる
ような構造とする。

微粉炭は搬送用ガスとの混相流として微粉炭流
通ライン５に運ばれ、微粉炭供給管６を通つて微
粉炭ノズル７の微粉炭出口孔８′から流出する。

ガス化剤（空気又は酸素）は９からノズル内に
導入され、ガス化剤流通ライン１０を通り１１か
ら噴出する。このガス化剤と８′から噴出した微
粉炭が外部接触しガス化する。以上のように、微
粉炭ノズル外壁部と外筒管内壁部を半球状とした
のは、微粉炭ノズル化剤との接触をより激しくか
つ瞬間的に反応させるためである。このことによ
り効率も他構造のノズルよりも高くなる。

しかし、負荷量が100％から70％に低下した場
合、バーナ噴出速度も70％に減少する。したがつ
て噴出速度が変動するとガス化炉内の粒子の流れ
状態に影響し、バーナ相互の干渉が弱まり旋回力
も低下することから粒子が飛散しやすくなり粒子
の滞留時間が短くなる。よつてガス化効率も低下
する。

そこで、バーナ噴出速度を調節する方法として
ガス化剤出口孔１１の間〓を調節することを考え
微粉炭供給管６とガス化剤供給管１６の接続部に
微粉炭供給管６を軸方向に移動可能な駆動機構１
を設置した。

以上のことから、バーナのガス化剤供給口とガ
ス化炉との間に差圧検出器２１を設置し、バーナ
のガス化剤供給口とガス化炉との間の差圧を検出
し、最適噴出速度時での差圧を基準にこの差圧以
下になると駆動機構１を作動させガス化剤出口径
を自動的に設定することにより、前記欠点もなく
なり噴出速度を一定に維持でき、かつ容易に調節
することが可能になる。

第２図は本発明第１図に追随する構造のもので
ある。

粉末固形燃料バーナは三重構造とし、外筒管に
は冷却水を流通した。この材質はステンレス製で
微粉炭ノズル７をセラミツクで製作した。各部の
寸法は、バーナの外径φ34、長さ500mmでガス化
剤出口径はφ10、微粉炭ノズル７の外壁部の半球
状径をφ16とした。微粉炭供給管及び微粉炭ノズ
ルの内径はφ4とした。ガス化剤供給ライン１６
内の径をφ21とした。また、バーナのガス化剤供
給口とガス化炉との間に差圧検出器を設置し、そ
の差圧に対応して駆動機構が作動するようにし
た。

微粉炭の搬送条件は、搬送ガス量４Kg／ｈ、分
配ガス量６Kg／ｈ、微粉炭供給量20Kg／ｈであ
る。バーナはガス化炉反応部上段に接線方向に４
本設置した。

ガス化剤には空気を用い、空気供給量と微粉炭
供給量の比（以下Ari／Coalと称す）が４となる
ように80Kg／ｈで供給した。試験圧力は４Kg／cm²
Ｇで行つた。

この条件での噴出速度は44ｍ／ｓ（最適噴出速
度とする）で、ガス化炉内の粒子の滞留時間は第
１図から推定すると７秒程度である。またこの時
のバーナ内ガス化剤出口とガス化炉との間の差圧
は0.5Kg／cm²Ｇであつた。この圧力を基準にして、
Air／Coalを一定にして負荷量（微粉炭供給量10
Kg／ｈ）を50％下げると噴出速度は22ｍ／ｓと半
分になるとともにガス化剤出口圧力も0.25Kg／cm²
Ｇになつた。そこでガス化剤出口とガス化炉の差
圧が0.5Kg／cm²Ｇになるように本発明の駆動機構
を作動させると微粉炭ノズルが軸方向に移動し、
環状空間が２mmから１mmに縮まり、噴出速度も44
ｍ／ｓになつた。

このことにより、ガス化効率も最初の条件とさ
ほど変わらない結果が得られた。

その実験結果を従来のバーナ使用時での結果と
合わせて示したのが第３図である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、バーナノズル噴出速度を正確
に決定することができ、負荷変動にかかわらず最
適噴出速度を一定に維持できるとともに容易に調
節することができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体燃料噴出バーナの詳細
図、第２図は第１図に追随する固体燃料噴出バー
ナの詳細図、第３図は本発明バーナ使用と従来バ
ーナ使用時でのガス化特性図、第４図は粒子の滞
留時間に及ぼすバーナ噴出速度の影響、第５図
は、従来のバーナ噴出速度調節器付固体燃料噴出
バーナの詳細図である。 １…噴出速度調節用駆動機構、２…連結棒、３
…出口間隙調節部、４…微粉炭捜入口、５…微粉
炭流通ライン、６…微粉炭供給管、７…微粉炭ノ
ズル、８…微粉炭及びガス化剤出口、８′…微粉
炭出口、９…ガス化剤供給口、１０…ガス化剤流
通ライン、１１…ガス化剤流通出口、１２…冷却
水入口、１３…冷却水出口、１４…冷却水流通ラ
イン、１５…外筒管（又は冷却管）、１６…ガス
化剤供給管、１７…微粉炭ノズル外壁半球状部、
１８…外筒管先端内壁半球状部、１９…環状間
隙、２０…微粉炭流通孔、２１…差圧検出器、２
２…ガス化炉。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 微粉炭とその搬送気体をガス化炉へ供給する
   微粉炭供給管の先端に微粉炭ノズルを有し、該微
   粉炭ノズルの先端外壁部形状を半球状となし、該
   微粉炭供給管と同軸に二重管構造をした外筒管を
   有し、該外筒管の先端内壁部形状を前記微粉炭ノ
   ズルの先端外壁部形状と同一の半球状となし、該
   外筒管と前記微粉炭供給管との間にガス化剤を供
   給するガス化剤供給口及び前記二重管構造の外筒
   管の内部に冷却水を循環させる冷却水供給口を前
   記外筒管に備えた固形燃料噴出バーナであつて、
   前記ガス化剤供給口とガス化炉との差圧を検出す
   る差圧検知器を備え、該差圧検知器の差圧に応じ
   て前記微粉炭供給管を軸方向に移動して前記外筒
   管先端内壁出口と前記微粉炭ノズル先端外壁出口
   との環状間〓を調整する微粉炭供給管駆動機構を
   備えたことを特徴とする固形燃料噴出バーナ。