特許 7572549 二重螺旋バーナが配列されたガス化炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】二重螺旋バーナが配列されたガス化炉

(51)【国際特許分類】

   F23D 23/00 20060101AFI20241016BHJP

【ＦＩ】

F23D23/00 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023521430

(86)(22)【出願日】2021-02-05

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-31

(86)【国際出願番号】 CN2021075402

(87)【国際公開番号】W WO2022126848

(87)【国際公開日】2022-06-23

【審査請求日】2023-04-06

(31)【優先権主張番号】202011467612.3

(32)【優先日】2020-12-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】521438869

【氏名又は名称】中国華能集団清潔能源技術研究院有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＨＵＡＮＥＮＧ ＣＬＥＡＮ ＥＮＥＲＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

【住所又は居所原語表記】Ｌａｂ Ｂｌｏｃｋ Ａ， Ｈｕａｎｅｎｇ Ｂａｓｅ， Ｂｅｉｑｉｊｉａ Ｆｕｔｕｒｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ， Ｃｈａｎｇｐｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０９， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】羅 麗珍

(72)【発明者】

【氏名】王 鵬杰

(72)【発明者】

【氏名】許 世森

(72)【発明者】

【氏名】陶 継業

(72)【発明者】

【氏名】任 永強

(72)【発明者】

【氏名】李 小宇

(72)【発明者】

【氏名】劉 ▲ゆぇん▼

(72)【発明者】

【氏名】陳 智

(72)【発明者】

【氏名】樊 強

(72)【発明者】

【氏名】袁 広武

(72)【発明者】

【氏名】張 皓

(72)【発明者】

【氏名】範 ▲かい▼

【審査官】大谷 光司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０４１７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０１－０９４４４３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特公昭３３－０００１７５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２４０８２５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｄ１４／００－１４／８４，２３／００

Ｃ１０Ｊ３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二重螺旋バーナが配列されたガス化炉であって、
ガス化炉本体（３）と、異なる螺旋線に沿ってガス化炉本体（３）の内壁に配列された、いくつかの第１のバーナ（１）及びいくつかの第２のバーナ（２）と、を含み、いくつかの第１のバーナ（１）が配列された螺旋線と、いくつかの第２のバーナ（２）が配列された螺旋線との旋回方向が同じであり、第１のバーナ（１）及び第２のバーナ（２）のバーナ口は、いずれもガス化炉本体（３）の中心軸に向かっており、ガス化炉本体（３）内の同一層の水平面において、各第１のバーナ（１）が、ガス化炉本体（３）の中心点に対して１つの第２のバーナ（２）と中心対称に分布され、第１のバーナ（１）及び第２のバーナ（２）が、いずれも同じ角度でガス化炉本体（３）の内壁に向かって斜め上向きに偏向し、第１のバーナ（１）及び第２のバーナ（２）の偏向方向は、それぞれの配列螺旋線の旋回方向と同じであり、隣接する第１のバーナ（１）の間の高度差が等しい、
ことを特徴とする二重螺旋バーナが配列されたガス化炉。

【請求項2】

第１のバーナ（１）及び第２のバーナ（２）が配列された螺旋線は、いずれも等ピッチ螺旋線である、
ことを特徴とする請求項１に記載の二重螺旋バーナが配列されたガス化炉。

【請求項3】

０＜隣接する第１のバーナ（１）の間の高度差であり、第１のバーナ（１）及び第２のバーナ（２）が配列された全高≦ガス化炉本体（３）の全高の１／１０である、
ことを特徴とする請求項１に記載の二重螺旋バーナが配列されたガス化炉。

【請求項4】

第１のバーナ（１）と第２のバーナ（２）とは、水平面における偏向方向が同じであり、鉛直面における偏向方向が同じである、
ことを特徴とする請求項１に記載の二重螺旋バーナが配列されたガス化炉。

【請求項5】

ガス化炉本体（３）の中心軸に対する第１のバーナ（１）の水平方向における偏向角度は１°～５°である、
ことを特徴とする請求項４に記載の二重螺旋バーナが配列されたガス化炉。

【請求項6】

第１のバーナ（１）が位置する水平面に対する第１のバーナ（１）の鉛直方向における偏向角度は０．５°～５°である、
ことを特徴とする請求項４に記載の二重螺旋バーナが配列されたガス化炉。

【請求項7】

第１のバーナ（１）の数は、３または４個である、
ことを特徴とする請求項１に記載の二重螺旋バーナが配列されたガス化炉。

【請求項8】

最下端の第１のバーナ（１）及び第２のバーナ（２）とガス化炉のスラグ口との距離はガス化炉本体（３）の全高の１／６～１／５である、
ことを特徴とする請求項１に記載の二重螺旋バーナが配列されたガス化炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、石炭ガス化技術の分野に関し、具体的には、二重螺旋バーナが配列されたガス化炉に関する。

【背景技術】

【0002】

石炭ガス化技術は、石炭のクリーンで効率的な利用の核心技術であり、先進的なクリーン石炭発電、石炭化学工業、石炭ベースポリジェネレーションなどのエネルギーシステムを発展させるための重要な技術であり、各システムの動作の信頼性及び経済性に重要な影響を与える。現代の石炭ガス化学工業プロジェクトの急速な発展によって駆動され、石炭ガス化技術は、大型化、クリーンで高効率、幅広い石炭種の適応性の方向に発展しつつある。石炭ガス化技術の発展は百花斉放の局面を呈しているが、現段階での高効率でクリーンな石炭ガス化技術の発展過程において、ガス化効率の向上、装置の動作の信頼性の強化、汚染物の排出削減などの課題は、依然として存在している。

【0003】

主流の石炭ガス化技術に存在する重要な技術的課題は、乾式微粉炭気流層ガス化の高効率ノズルの重要な技術を突破することが、主流の石炭ガス化技術の石炭ガス化効率及びシステムの信頼性を向上させ、ガス化石炭種の適用範囲を広げ、ガス化過程の汚染物の排出を低減させ、石炭のクリーンで高効率な利用分野の工事及び技術サービス能力を強化するキーポイントとなっている。

【0004】

現在、ほとんどのガス化炉のバーナは、主に対向噴流の方式で配列されており、宇宙炉、ＧＰＳなどのガス化炉内に衝突流とジェット流が混合する流れ場が形成されており、ガス化炉のバーナ対向噴流の組み合わせ方式は、ガス化炉の中心温度を大幅に上昇させ、飛灰の発生量を大幅に増加させる。シェル炉などの小部分のガス化炉は、バーナに偏向角度を設けてガス化炉の中心温度を下げ、飛灰の発生量を減らすが、この方式では、バーナを同一平面において偏向させ、１つの平面の接円を形成するだけであり、スラグ捕捉効率の向上には限界がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の課題を解決するために、本発明は、ガス化炉の中心温度を下げる一方、灰粒子を径方向に拡散させ、飛灰量を大幅に減らし、スラグの発生量を向上させる二重螺旋バーナが配列されたガス化炉の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、以下の技術的解決手段によって実現される。
本発明は、二重螺旋バーナが配列されたガス化炉を開示し、二重螺旋バーナが配列されたガス化炉は、ガス化炉本体と、同じ旋回方向の螺旋線に沿ってガス化炉本体の内壁に配列された、いくつかの第１のバーナ及びいくつかの第２のバーナと、を含み、第１のバーナ及び第２のバーナのバーナ口は、いずれもガス化炉本体の中心に向かっており、ガス化炉本体内の同一層の水平面において、各第１のバーナが、ガス化炉本体の中心点に対して１つの第２のバーナと中心対称に分布され、第１のバーナ及び第２のバーナが、いずれも同じ角度でガス化炉本体の内壁に向かって斜め上向きに偏向し、第１のバーナ及び第２のバーナの偏向方向は、それぞれの配列螺旋線の旋回方向と同じである。

【0007】

好ましくは、第１のバーナ及び第２のバーナが配列された螺旋線は、いずれも等ピッチ螺旋線である。

【0008】

好ましくは、隣接する第１のバーナの高度差が等しい。

【0009】

さらに好ましくは、０＜隣接する第１のバーナの高度差であり、第１のバーナ及び第２のバーナが配列された螺旋線の全高≦ガス化炉本体の全高の１／１０である。

【0010】

好ましくは、第１のバーナが配列される層数は１～４である。

【0011】

好ましくは、第１のバーナと第２のバーナとは、水平面における偏向方向が同じであり、鉛直面における偏向方向が同じである。

【0012】

さらに好ましくは、第１のバーナの水平方向における偏向角度は１°～５°である。

【0013】

さらに好ましくは、第１のバーナの鉛直方向における偏向角度は０．５°～５°である。

【0014】

好ましくは、第１のバーナの数は、１～４個である。

【0015】

好ましくは、最下端の第１のバーナ及び第２のバーナとガス化炉のスラグ口との距離はガス化炉本体の全高の１／６～１／５である。

【発明の効果】

【0016】

本発明は、従来技術に比べて、以下の有益な技術的効果を有する。
本発明によって開示される二重螺旋バーナが配列されたガス化炉では、第１のバーナ及び第２のバーナがそれぞれガス化炉の内壁に螺旋線に沿って配列された多次元配列形態は、微粉炭がガス化された後に、外側に拡散する相互促進の二重サイクロンを形成させ、火炎高温域をガス化炉本体の内部において径方向に向かって拡散させ、ガス化炉本体内の火炎をより充実させ、ガス化炉本体の中心領域の火炎温度とバーナヘッド及びバーナカバーの輻射熱強度とを大幅に低減させることができ、サイクロンは、灰粒子を径方向に拡散させ、壁面によって捕捉されやすく、飛灰量を大幅に減らし、スラグの発生量を向上させる。二重螺旋多次元配置されたバーナは、ガス化炉本体内の同一層の水平面において、各第１のバーナと第２のバーナがガス化炉本体の中心点に対して中心対称であるため、ガス化炉の熱量を同じ高さで均一に分布させ、同じ高さで互いに偏向する２つのバーナは、火炎がガス化炉の壁面に吹き付けられないように対噴流の勢いを形成し、同一水平面に安定したサイクロンが形成され、ガス化炉の制御可能性及び可塑性を向上させ、ガス化炉の温度を螺旋線に均一に分布させ、螺旋線の高さに温度が均一な反応場が形成され、温度が均一な反応場に安定したスラグ膜が形成され、ガス化炉の動作の安定性が向上する。

【0017】

さらに、第１のバーナ及び第２のバーナが配列された螺旋線は、等ピッチ螺旋線であり、気流が各セグメントで均一に力を受け、サイクロンの安定を確保する。

【0018】

さらに、隣接する第１のバーナと第２のバーナとの高度差が等しく、サイクロンに継続的な上向きの均一な動力を提供し、サイクロンが上向きに均一に旋回できるようにする。

【0019】

さらに、０＜隣接する第１のバーナの高度差であり、第１のバーナ及び第２のバーナが配列された螺旋線の全高≦ガス化炉本体の全高の１／１０であり、高度差は、第１のバーナと第２のバーナとの配列が過密又は過疎にならないように合理的な数値範囲を選択し、形成されるサイクロン効果を向上させることができる。

【0020】

さらに、第１のバーナ及び第２のバーナが配列される層数が１～４であり、多すぎるとコストが高くなる。

【0021】

さらに、第１のバーナと第２のバーナとは、水平面における偏向方向が同じであり、鉛直面における偏向方向が同じであり、協同性がよく、形成されたサイクロンのパラメータが近く、相互促進性がよい。

【0022】

さらに、バーナの水平方向における偏向角度が１°～５°であり、灰スラグに壁面への遠心力を提供することができ、角度が大きすぎるとガス化炉の壁面を焼損しやすい。

【0023】

さらに、バーナの鉛直方向における偏向角度が０．５°～５°であり、気流に斜め上向きの動力を提供することができ、角度が大きすぎると、微粉炭のガス化炉における滞留時間を減少させ、鉛直上向きの偏向角度α＝ａｒｃｔａｎ（ｈ／ｒ）であり、ｈがバーナの高度差であり、ｒがガス化炉の内径であり、ちょうど次のバーナのサイクロンと関連して促進することができる。

【0024】

さらに、第１のバーナと第２のバーナの数は、それぞれ１～４個であり、数が少なすぎると、形成されたサイクロンが不安定になり、多すぎるとコストを増大させることになる。

【0025】

さらに、最下端の第１のバーナ及び第２のバーナとガス化炉のスラグ口との距離がガス化炉の全高の１／６～１／５であり、当該位置は、微粉炭のガス化炉における滞留時間を増加させて、反応時間を増加させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の全体構成の概略平面図である。

【図2】本発明のガス化炉本体内の各水平面における第１のバーナと第２のバーナとの位置関係の概略平面図である。

【図3】本発明の全体構成の概略正面図である。

【図4】本発明のガス化炉本体内に形成されたサイクロンの概略図である。

【図5】本発明の第１のバーナと第２のバーナとの偏向角度の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図面と組み合わせて本発明をさらに詳しく説明し、その内容は、本発明を限定するものではなく、説明するものである。

【0028】

図１及び図３に示すように、本発明の二重螺旋バーナが配列されたガス化炉は、ガス化炉本体３と、同じ旋回方向の螺旋線に沿ってガス化炉本体３の内壁に配列された、いくつかの同一仕様の第１のバーナ１及びいくつかの第２のバーナ２と、を含み、第１のバーナ１及び第２のバーナ２のバーナ口は、いずれもガス化炉本体の中心に向かっており、好ましくは、第１のバーナ１及び第２のバーナが配列された螺旋線は、等ピッチ螺旋線である。好ましくは、隣接する第１のバーナ１の高度差が等しく、隣接する第２のバーナの高度差が等しく、一般的に、０＜隣接する第１のバーナ１の高度差であり、第１のバーナ１及び第２のバーナ２が配列された螺旋線の全高≦ガス化炉本体３の全高の１／１０である。第２のバーナ２は、第１のバーナ１と一致して分布される。一般的に、第１のバーナ１が配列される層数が１～４である。

【0029】

図２に示すように、ガス化炉本体内の同一水平面において、各第１のバーナ１が、ガス化炉本体の中心点に対して１つの第２のバーナと中心対称に分布されている。

【0030】

第１のバーナ１及び第２のバーナ２は、いずれも同じ角度でガス化炉本体３の内壁に向かって斜め上向きに偏向し、第１のバーナ１及び第２のバーナ２の偏向方向は、それぞれの配列螺旋線の旋回方向と同じである。第１のバーナ１と第２のバーナ２とは、水平面における偏向方向が同じであり、鉛直面における偏向方向が同じである。好ましくは、第１のバーナ１の水平方向における偏向角度が１°～５°であり、第１のバーナ１の鉛直方向における偏向角度が０．５°～５°である。図５に示すように、デザイン選択では、β＝ａｒｃｔａｎ（ｈ／ｒ）であり、ｈがバーナの高度差であり、ｒがガス化炉の内径であり、鉛直上向きの偏向角度α＝ａｒｃｔａｎ（ｈ／ｒ）であり、ｈがバーナの高度差であり、ｒがガス化炉の内径であり、ちょうど次のバーナのサイクロンと関連して促進することができる。

【0031】

第１のバーナの数は、１～４個であり、第２のバーナ２と第１のバーナ１との数が等しく、最下端の第１のバーナ１及び第２のバーナ２とガス化炉のスラグ口との距離はガス化炉本体３の全高の１／６～１／５である。

【0032】

図４に示すように、第１のバーナ１と第２のバーナ２との上記の二重螺旋多次元配列形態は、微粉炭がガス化された後に、外側に拡散する相互促進の二重サイクロンを形成させる。

【0033】

以下に、具体的な一実施例と組み合わせて本発明をさらに詳しく説明する。

【0034】

ある１０００ｔ／日の乾式微粉炭ガス化炉は、ガス化炉の直径が３ｍであり、高さが１８ｍであり、現在、供給第１のバーナ１を３つ設け、供給第２のバーナ２を３つ設け、隣接する第２のバーナ２がπ／３の角度でガス化炉の横断面に均一に分布されており、隣接する第２のバーナの鉛直方向における高度差が０．１ｍ（バーナの内径が０．０５ｍ）であり、第２のバーナ２の水平方向の偏向角度が１．５°であり、鉛直方向の偏向角度が２°（α＝ａｒｃｔａｎ（ｈ／ｒ））であり、第１のバーナ１及び第２のバーナ２が供給された後に、合成ガスがガス化炉本体内に１つのサイクロンを形成している。

【0035】

二重螺旋多次元配置された第１のバーナ１及び第２のバーナ２がガス化炉本体３に形成された相互促進の二重サイクロンは、火炎高温域をガス化炉本体の内部において径方向に向かって拡散させ、ガス化炉本体内の火炎をより充実させ、同時に、ガス化炉本体の中心領域の火炎温度が３５０℃低下し、バーナの平均温度が１７０℃低下した。これにより、バーナヘッド及びバーナカバーの輻射熱強度が低減される。

【0036】

同時に、合成ガスによって形成されたサイクロンは、灰粒子を径方向に拡散させ、壁面によって捕捉されやすく、飛灰量が６０％減少し、スラグの発生量が大幅に増加している。

【0037】

統計によると、当該技術案は、従来の技術案と比べて、冷ガス効率≧８２．５％であり、灰における炭素含有量≦２０％である。

【0038】

なお、以上は、本発明の実施形態の一部にすぎず、本発明に説明されたシステムに基づいて行われた等価的な変化は、いずれも本発明の保護範囲内に含まれている。本発明が属する技術分野の技術者は、説明された具体的な実施例を同様の方法で代替することができ、本発明の構成から逸脱しなく、又は特許請求の範囲に定義された範囲を超えない限り、いずれも本発明の保護範囲に属する。

【符号の説明】

【0039】

１ 第１のバーナ
２ 第２のバーナ
３ ガス化炉本体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】