JP5256811B2 - ガス発生炉のパージ方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は、流動層を形成して原料とガス化剤との反応により生成した生成ガスをベッド材上部のフリーボードから取り出すようにしているガス発生炉を短時間に安全且つ安価にパージできるようにしたガス発生炉のパージ方法及び装置に関する。
図２は、燃焼炉１と生成ガスを発生する流動層ガス化炉２とを有する循環流動層炉３の場合を示している。前記循環流動層炉の先行技術文献としては特許文献１がある。
図２の循環流動層炉３を構成している燃焼炉１は、下部から空気又は酸素４が供給され、下部側部に起動用燃料５と後述するチャーの少なくともどちらか一方が供給されて流動燃焼することにより循環粒子を加熱する。燃焼炉１からの燃焼流体６は分離器９に導かれて排ガス７と循環粒子８とに分離される。
前記循環流動層炉３を構成している流動層ガス化炉２（ガス発生炉）は、散気装置１１上に砂等の流動媒体が装入してあり、前記分離器９で分離した高温の循環粒子８を導入すると共に、石炭或いはバイオマス等の原料１０を上部から導入するようになっている。散気装置１１の下部には、ガス化剤として補助ボイラ或いは他の設備等の補助蒸気装置１２からの水蒸気Ｓが供給され、流動層１３（ベッド）を形成して原料１０のガス化（水蒸気ガス化）を行い、流動層１３（ベッド）上のフリーボードＦに生成した水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）等のガス成分が混在した生成ガス１４を上部から導出するようにしている。流動層ガス化炉２内の循環粒子８とガス化途中のチャーの混合物１７は導入管１８によって前記燃焼炉１に戻され、燃焼炉１でチャーを燃焼することにより循環粒子８を加熱するようにしている。前記流動層ガス化炉２には前記燃焼炉１との間におけるガスの移動を遮断するための機構が備えられている。
流動層ガス化炉２で生成された生成ガス１４は、導出管１５により取り出されて、図示しない固体分離装置、ガス精製装置等を介し目的に応じた利用装置１６に供給するようにしている。
又、前記分離器９で循環粒子８が分離された排ガス７は、排ガス管１９により誘引ファン２０に導かれて煙突２１から排出されるようになっている。
循環流動層炉３が停止した状態では、流動層ガス化炉２の内部は通常空気で満たされた状態となっている。従って、この状態から循環流動層炉３を起動すると、流動層ガス化炉２内で生成する燃焼性の生成ガス１４が空気と混合して急激な燃焼を起こす虞れがあるため、循環流動層炉３の起動に先立ち、流動層ガス化炉２の内部を不活性のガスでパージする必要がある。
又、運転している循環流動層炉３を停止する際にも、ガス化設備の内部が燃焼性の生成ガスで満たされた状態から空気が混入した場合には急激な燃焼を起こす虞れがあるため、ガス化設備を停止する際にも、流動層ガス化炉２の内部を不活性のガスでパージする必要がある。
従来、図２に示すような循環流動層炉３の流動層ガス化炉２をパージする場合は、流動層ガス化炉２の下部に不活性ガス供給源２２からの窒素（Ｎ２）或いはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス２３を供給することにより、流動層ガス化炉２を不活性ガスでパージするようにしていた。
しかし、上記したような流動層ガス化炉２をパージする場合、流動層ガス化炉２内のベッド材を流動化させた流動層１３内に投入された原料から発生する生成ガスをパージすると共に、フリーボードＦ内とその下流における生成ガスをパージする必要があり、このために、通常流動層ガス化炉２の容積の約５倍の不活性ガス２３（Ｎ２）の供給が必要であり、このように大量の不活性ガス２３を必要とするために大型の不活性ガス製造装置が必要でありパージのための費用が大幅に増大するという問題を有していた。
このため、部分ガス化・分解装置の運転始動時、及び運転停止時に、装置内のガスを水蒸気によってパージするようにした運転方法が特許文献２に記載されている。
特開２００５−０４１９５９号公報
特許第３８８１７１２号公報
しかし、特許文献２に示された水蒸気によるパージ方法を図２に示した循環流動層炉３の流動層ガス化炉２に適用しようとしても、次のような問題のために適用することができない。即ち、流動層ガス化炉２を停止する際に流動層ガス化炉２に水蒸気を供給してパージする際、流動層ガス化炉２内には原料１０が残った状態で且つ残熱があるため、この状態で水蒸気が供給されることにより原料のガス化が継続して生成ガスを発生し続けるようになり、長時間を経過してもパージが完結しないという問題があり、この状態で空気が混入した場合には急激な燃焼を起こす虞れがある。
本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、ガス発生炉を短時間に安全且つ安価にパージできるようにしたガス発生炉のパージ方法及び装置を提供しようとするものである。
本発明は、流動層を形成して原料とガス化剤の反応により生成した生成ガスをベッド材上部のフリーボードから取り出すようにしているガス発生炉のパージ方法であって、ガス発生炉の運転停止時に、ガス発生炉の下部から不活性ガスを供給してベッド材のガスを不活性ガスでパージし、ベッド材上部のフリーボードに水蒸気を供給してフリーボードのガスを水蒸気でパージすることを特徴とするガス発生炉のパージ方法、に係るものである。
上記ガス発生炉のパージ方法において、ベッド材のガスを不活性ガスでパージする作業と同時に、フリーボードのガスを水蒸気でパージすることは好ましい。
又、上記ガス発生炉のパージ方法において、ガス発生炉の運転停止時にフリーボードをパージする水蒸気に、ガス発生炉から取り出される生成ガスと熱交換して得られた水蒸気を用いることは好ましい。
又、上記ガス発生炉のパージ方法において、ガス発生炉が燃焼炉と流動層ガス化炉とからなる循環流動層炉である場合に、ガス発生炉の運転停止時にフリーボードをパージする水蒸気に、前記流動層ガス化炉出口の生成ガスと熱交換して得られた水蒸気と、燃焼炉下流の排ガスと熱交換して得られた水蒸気の少なくとも一方を用いることは好ましい。
本発明は、流動層を形成して原料とガス化剤の反応により生成した生成ガスをベッド材上部のフリーボードから取り出すようにしているガス発生炉のパージ装置であって、ベッド材の下部に不活性ガスを供給してベッド材を不活性ガスでパージする不活性ガス供給手段と、ベッド材上部のフリーボードに水蒸気を供給してフリーボードのガスを水蒸気でパージする水蒸気供給手段とを備えたことを特徴とするガス発生炉のパージ装置、に係るものである。
上記ガス発生炉のパージ装置において、ガス発生炉が燃焼炉と流動層ガス化炉とからなる循環流動層炉である場合において、水蒸気供給手段が、流動層ガス化炉出口の生成ガスと熱交換して水蒸気を得る第１の熱交換器と、燃焼炉下流の排ガスと熱交換して水蒸気を得る第２の熱交換器の少なくとも１つを有することは好ましい。
本発明のガス発生炉のパージ方法及び装置によれば、ガス発生炉の運転停止時及び運転起動時に、ガス発生炉の下部から不活性ガスを供給してベッド材の生成ガスを不活性ガスでパージすると共に、ベッド材上部のフリーボードに水蒸気を供給してフリーボードの生成ガスを水蒸気でパージするようにしたので、不活性ガスはベッド材をパージできる量を供給するのみで良いために不活性ガスの使用量が大幅に減少され、フリーボードは安価な水蒸気でパージできるので、パージのための費用を大幅に低減できると共にパージ時間を大幅に短縮できるという効果を奏し得る。
更に、ベッド材を不活性ガスでパージすると同時にフリーボードに水蒸気を供給してパージすると、フリーボードの水蒸気がベッドの原料に接触するのを防止することができ、よってベッドの原料がガス化されて新たに生成ガスが発生する問題を防止できる効果がある。
フリーボードをパージする水蒸気は、温度・圧力が低い水蒸気でもパージすることができるため、ガス発生炉の運転停止時における余熱で生成される余熱水蒸気によってもフリーボードのパージが可能になるという効果がある。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
本発明は、流動層を形成して原料とガス化剤の反応により生成した生成ガスをベッド材上部のフリーボードから取り出すようにしているガス発生炉のパージ方法の一例を示すものであり、従って、図２の循環流動層炉３以外の流動層ガス化炉、移動層ガス化炉、固定層ガス化炉のようにベッド材を有するガス化炉、更には固定層によって生成ガスが発生するコークス炉等の広範囲のガス発生炉に適用することができる。
図１は、図２と同様に燃焼炉１と流動層ガス化炉２（ガス発生炉）とを有する循環流動層炉３に適用した本発明の形態例を示したものであり、図１中、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わし、本発明の特徴部分についてのみ以下に説明する。
図１に示す如く、流動層ガス化炉２（ガス発生炉）には、ベッド材上部のフリーボードＦを水蒸気によってパージするための水蒸気供給手段Ｔを設けている。水蒸気供給手段Ｔは、生成ガス１４を取り出す導出管１５に設けて前記生成ガス１４とポンプ２４からの水Ｗとを熱交換して水蒸気Ｓ'を生成する第１の熱交換器２５と、分離器９からの排ガス７を取り出す排ガス管１９に設けて排ガス７と前記第１の熱交換器２５からの水蒸気Ｓ'とを熱交換して水蒸気Ｓ'を加熱する第２の熱交換器２６を備えており、第２の熱交換器２６出口の水蒸気Ｓ'を蒸気管２７を介して流動層ガス化炉２のフリーボードＦに供給し、フリーボードＦを水蒸気Ｓ'によってパージするようにしている。図１では第１の熱交換器２５出口の水蒸気Ｓ'を第２の熱交換器２６で加熱してフリーボードＦに供給する場合について例示したが、第１の熱交換器２５と第２の熱交換器２６において単独で生成した水蒸気Ｓ'をフリーボードＦに供給するようにしてもよい。
一方、第２の熱交換器２６の水蒸気Ｓ'をフリーボードＦに供給する蒸気管２７には、循環流動層炉３の通常運転時にガス化剤として流動層ガス化炉２の散気装置１１の下部に供給するようにした下部蒸気管２８を備えている。従って、この場合には前記水蒸気供給手段Ｔはガス化剤供給装置としても用いられるようにしている。図１中、２９、３０は、前記水蒸気Ｓ'をフリーボードＦに供給するか、又は流動層ガス化炉２の散気装置１１の下部に供給するかを切り換える切換手段である。又、水蒸気供給手段Ｔには、循環流動層炉３の停止時に、第１及び第２の熱交換器２５，２６から供給される水蒸気Ｓの量がフリーボードＦをパージするのに不足した場合に水蒸気Ｓを供給できるように、図２と同様に補助ボイラ或いは他の設備等からの水蒸気Ｓを供給するようした補助蒸気装置１２を備えていてもよい。
又、前記流動層ガス化炉２の散気装置１１の下部には、流動層ガス化炉２のベッド材内のガスを置換できる量の不活性ガス２３（Ｎ２）を供給して流動層ガス化炉２内のベッド材を不活性ガス２３でパージするようにした不活性ガス供給手段３１を備えている。
次に、図１の形態の作動を説明する。
図１の循環流動層炉３を停止する際には、先ず、流動層ガス化炉２に対する原料１０の供給を停止すると共に、下部蒸気管２８により流動層ガス化炉２の下部に供給している水蒸気Ｓ'の供給を停止するように切換手段２９，３０を切り換え、不活性ガス供給手段３１を作動して不活性ガス２３（Ｎ２）を流動層ガス化炉２の散気装置１１の下部に供給して流動層１３（ベッド）のガスを不活性ガス２３でパージすると同時に、第２の熱交換器２６からの水蒸気Ｓ'を蒸気管２７により流動層ガス化炉２のフリーボードＦに供給するように切換手段２９，３０を切り換え、これによってフリーボードＦを水蒸気Ｓ'でパージする。この時、水蒸気Ｓ'によるフリーボードＦのパージと不活性ガス２３による流動層ガス化炉２内のベッド材のパージは同時に終わるように不活性ガス２３の投入量を調整する。
この時、前記したように、流動層ガス化炉２内のベッド材は不活性ガス２３によりパージされているために、不活性ガス２３に覆われているので、流動層１３に原料が残っていても、フリーボードＦに供給された水蒸気Ｓ'が流動層１３の原料と接触することはなく、よって水蒸気Ｓ'が原料と接触して新たな生成ガスを発生することはない。
尚、循環流動層炉３が停止された後は、水蒸気供給手段Ｔの第１及び第２の熱交換器２５，２６からの水蒸気Ｓ'の供給量は減少するようになるが、フリーボードＦは、流動層１３をパージする場合に比して温度・圧力が低い水蒸気でも容易にパージすることができる。従って、循環流動層炉３の停止時には、燃焼炉１からの排ガス７及び流動層ガス化炉２からの生成ガス１４の残熱を利用して、第１及び第２の熱交換器２５，２６で生成した水蒸気Ｓ'を用いて流動層ガス化炉２のフリーボードＦを効果的にパージすることができる。しかし、循環流動層炉３の停止時にフリーボードＦをパージするのに必要な水蒸気Ｓ'が不足する場合には、水蒸気供給手段Ｔである補助蒸気装置１２を作動して必要な水蒸気Ｓを補助的に供給するようにしてもよい。
上記したように、流動層ガス化炉２に供給する不活性ガス２３は、流動層ガス化炉２内のヘッド材をパージできる量を供給すれば良いため不活性ガス２３の使用量を大幅に減少することができ、又、フリーボードＦは安価な水蒸気Ｓ'でパージできるので、パージのための費用を大幅に低減できるようになり、更に、流動層１３とフリーボードＦを分けてパージすることによりパージ時間を大幅に短縮できるようになる。
なお、本発明は上記形態にのみ限定されるものではなく、流動層ガス化炉、移動層ガス化炉、固定層ガス化炉のように少なくとも停止時にベッドが形成されるガス化炉、更には固定層によって生成ガスが発生するコークス炉等の種々のガス発生炉に適用できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１ 燃焼炉
２ 流動層ガス化炉（ガス発生炉）
３ 循環流動層炉
７ 排ガス
１０ 原料
１３ 流動層（ベッド）
１４ 生成ガス
２３ 不活性ガス
２５ 第１の熱交換器（水蒸気供給手段）
２６ 第２の熱交換器（水蒸気供給手段）
３１ 不活性ガス供給手段
Ｆ フリーボード
Ｓ' 水蒸気
Ｔ 水蒸気供給手段
２ 流動層ガス化炉（ガス発生炉）
３ 循環流動層炉
７ 排ガス
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２６ 第２の熱交換器（水蒸気供給手段）
３１ 不活性ガス供給手段
Ｆ フリーボード
Ｓ' 水蒸気
Ｔ 水蒸気供給手段
Claims (6)
- 流動層を形成して原料とガス化剤の反応により生成した生成ガスをベッド材上部のフリーボードから取り出すようにしているガス発生炉のパージ方法であって、ガス発生炉の運転停止時に、ガス発生炉の下部から不活性ガスを供給してベッド材のガスを不活性ガスでパージし、ベッド材上部のフリーボードに水蒸気を供給してフリーボードのガスを水蒸気でパージすることを特徴とするガス発生炉のパージ方法。
- ベッド材のガスを不活性ガスでパージする作業と同時に、フリーボードのガスを水蒸気でパージする請求項１に記載のガス発生炉のパージ方法。
- ガス発生炉の運転停止時にフリーボードをパージする水蒸気に、ガス発生炉から取り出される生成ガスと熱交換して得た水蒸気を用いる請求項１又は２に記載のガス発生炉のパージ方法。
- ガス発生炉が燃焼炉と流動層ガス化炉とからなる循環流動層炉である場合において、ガス発生炉の運転停止時にフリーボードをパージする水蒸気に、前記流動層ガス化炉出口の生成ガスと熱交換して得られた水蒸気と、燃焼炉下流の排ガスと熱交換して得られた水蒸気の少なくとも一方を用いる請求項１又は２に記載のガス化設備のパージ方法。
- 流動層を形成して原料とガス化剤の反応により生成した生成ガスをベッド材上部のフリーボードから取り出すようにしているガス発生炉のパージ装置であって、ベッド材の下部に不活性ガスを供給してベッド材を不活性ガスでパージする不活性ガス供給手段と、ベッド材上部のフリーボードに水蒸気を供給してフリーボードのガスを水蒸気でパージする水蒸気供給手段とを備えたことを特徴とするガス発生炉のパージ装置。
- ガス発生炉が燃焼炉と流動層ガス化炉とからなる循環流動層炉である場合において、水蒸気供給手段が、流動層ガス化炉出口の生成ガスと熱交換して水蒸気を得る第１の熱交換器と、燃焼炉下流の排ガスと熱交換して水蒸気を得る第２の熱交換器の少なくとも１つを有する請求項５に記載のガス化設備のパージ装置。
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