JP2003171672A - ガス化発電システムとガス化発電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃棄物などを加熱して生成したガスの有する
熱エネルギーを可能な限り保存しつつ高い熱効率で利用
できると共に、常圧の生成ガスを使用可能なガス化発電
システムとガス化発電方法を提供すること。 【解決手段】 被燃焼物を加熱してガス化するガス化炉
３と、このガス化炉３の下流側に配置されてガス化炉３
から発生する生成ガスを除塵するセラミックフィルター
４と、除塵された生成ガスから熱回収する熱交換器６
と、この熱交換器６を通過した生成ガスに、炭酸水素ナ
トリウムを投入して反応させる薬剤投入装置７と、この
薬剤投入装置７により生成ガス中の反応生成物を除去す
るバグフィルター８と、反応生成物を除去された生成ガ
スを加圧するコンプレッサー１０と、このコンプレッサ
ー１０により加圧・圧縮された生成ガスを送給して発電
する発電装置１３とを備えるガス化発電システムとガス
化発電方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガス化発電システム
とガス化発電方法に関し、詳しくは、熱効率の高い乾式
ガス精製方式を採用したガス化発電システムとガス化発
電方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】固形燃料や有機系廃棄物を加熱して熱分
解し、ガス化して生成されたガスの有する熱エネルギー
を発電に利用したり、燃料に変換したりする場合に、生
成ガス中に含まれる有害な酸性成分を無害化処理するこ
とが必要になる。その方法としては、一般に湿式ガス精
製方法が採用されている。

【０００３】湿式ガス精製方法は、ＭＥＡ（モノエタノ
ールアミン）法などの化学吸収法、セレクゾール法など
の物理吸収法、その他に直接酸化法などがあり、夫々一
長一短があるが、化学工業ではＭＥＡ法などの化学吸収
法が多く採用されており、発電用としては物理吸収法が
主に採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、湿式ガ
ス精製方法は生成したガスを水処理するため、冷却され
て１００℃以下程度にまでなり、生成ガスの有する高温
の熱エネルギーを利用することができず、熱効率が極め
て悪いという問題がある。つまり、ガス化して生成され
た熱エネルギーは温度が高いほど高効率でガスタービン
等に利用することができ、発電効率も高くなるので、で
きるだけ高い温度のまま有害な酸性成分を除外すること
が望ましいが、従来の湿式ガス精製方法では、高い熱効
率で利用することはできなかった。しかも、湿式ガス精
製方法の場合、排水処理を行う必要があり、そのために
も多大なスペースを必要としたり、複雑な設備を必要と
している。

【０００５】他方、乾式ガス精製方法は、ガス化された
生成ガスの潜熱を除外することなく利用できて高い熱効
率を期待できるが、生成ガスの有する高い熱エネルギー
を発電システムに利用する場合、生成ガスを高圧ガスに
する必要があり、従って、システム全体を耐圧設備とす
る必要があり、この場合も設備全体が大掛かり、かつ複
雑とならざるを得ないとい問題がある。

【０００６】そこで、本発明の目的は、廃棄物などの被
燃焼物を加熱して生成したガスの有する熱エネルギーを
可能な限り保存しつつ高い熱効率で利用できると共に、
常圧の生成ガスを使用可能なガス化発電システムとガス
化発電方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は各請求項記載
の発明により達成される。すなわち、本発明に係るガス
化発電システムの特徴構成は、被燃焼物を加熱してガス
化するガス化装置と、このガス化装置の下流側に配置さ
れてガス化装置から発生する生成ガスを除塵するセラミ
ックフィルターと、除塵された前記生成ガスから熱回収
する熱回収装置と、この熱回収装置を通過した前記生成
ガスに、加熱されて多孔質になるアルカリ性薬剤を投入
して反応させる薬剤投入装置と、この薬剤投入装置によ
り前記生成ガス中の反応生成物を除去する集塵手段と、
反応生成物を除去された前記生成ガスを加圧・圧縮する
圧縮手段と、この圧縮手段により加圧された前記生成ガ
スを送給して発電する発電装置とを備えることにある。

【０００８】この構成によれば、ガス化装置により生成
された生成ガス中に含まれる煤塵をセラミックフィルタ
ーで除去され、高い熱エネルギーを有したままボイラー
設備などに熱利用でき、更に生成ガス中に含まれる酸性
成分は効果的に中和除去されて精製されるので、湿式ガ
ス精製方法のように水中を通す必要がなく、生成ガスの
有する熱エネルギーを損なうことなく保存して利用で
き、利用に際して高い熱効率を達成することができる。
しかも、常圧で生成ガスを精製し、発電装置に送給する
直前で生成ガスを加圧・圧縮すればよいため、システム
全体の装置構成を耐圧設備にする必要がなく、その製造
コストを顕著に低減できる。

【０００９】その結果、被燃焼物を加熱して生成したガ
スの有する熱エネルギーを可能な限り保存しつつ高い熱
効率で利用できると共に、常圧の生成ガスを使用可能な
ガス化発電システムを提供することができた。

【００１０】前記セラミックフィルターにより除塵され
た煤塵は、前記ガス化装置に戻されて前記生成ガス中の
未燃成分がガス化されるようになっていることが好まし
い。

【００１１】この構成によれば、生成ガス中の灰分、未
燃成分を再度ガス化装置内に戻して、ガス化効率の向上
に寄与できて都合がよい。

【００１２】前記アルカリ性薬剤が炭酸水素ナトリウム
であり、前記薬剤投入装置が、前記炭酸水素ナトリウム
を微粉砕する粉砕機と、この粉砕機により微粉砕された
炭酸水素ナトリウムを不活性ガスと共に送給して前記生
成ガスと混合させる混合器とを備えることが好ましい。

【００１３】この構成によれば、粉砕機により微粉砕さ
れ活性度を高められた炭酸水素ナトリウムが、混合器中
において生成ガス中の酸性成分と効率よく中和反応し、
生成ガス中の酸性成分を一層効果的に除去できる。

【００１４】又、本発明に係るガス化発電方法の特徴構
成は、ガス化装置により被燃焼物を加熱してガス化し、
この生成ガスをセラミックフィルターにより除塵し、除
塵された前記生成ガスから熱回収し、熱回収した前記生
成ガスに、加熱されて多孔質になるアルカリ性薬剤を投
入して反応させることにより生成ガス中の酸性成分を中
和し、中和された反応生成物を集塵除去して生成ガスを
精製し、精製されたガスを加圧・圧縮し発電装置に送給
して発電することにある。

【００１５】この構成によれば、廃棄物などを加熱して
生成したガスの有する熱エネルギーを可能な限り保存し
つつ高い熱効率で利用できると共に、常圧の生成ガスを
使用可能なガス化発電方法を提供することができた。

【００１６】前記セラミックフィルターにより除塵され
た生成ガス中の煤塵を、前記ガス化装置に戻すことによ
り前記生成ガス中の未燃成分をガス化することが好まし
い。

【００１７】この構成によれば、ガス化効率を一層向上
できて都合がよい。

【００１８】前記アルカリ性薬剤が炭酸水素ナトリウム
であり、この炭酸水素ナトリウムを粉砕機により微粉砕
して、これを不活性ガスと共に混合器に送給して前記生
成ガスと混合することが好ましい。

【００１９】この構成によれば、微粉砕され活性度を高
められた炭酸水素ナトリウムを、混合器中において生成
ガス中の酸性成分と効率よく中和反応させることができ
て、生成ガス中の酸性成分を一層効果的に除去できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るガス
化発電システムの概略全体構造を示す。まず、被燃焼物
の一例である有機系廃棄物を含む廃棄物は粉砕機１によ
り所定の大きさに粉砕され、粉砕された廃棄物は所定量
以下の水分となるように乾燥機２により乾燥される。乾
燥機２は、特に限定されるものではなく、従前の各種乾
燥装置を使用することができ、直接過熱によるもの、間
接過熱によるもの、あるいはヒータを用いるもの、蒸気
を用いるもの等、種々の乾燥装置を適用できる。乾燥さ
れた廃棄物は、ガス化装置の１種である循環流動層式ガ
ス化炉３に投入され、加熱・分解されてガス化される。

【００２１】生成されたガスは、セラミックフィルター
４により除塵される。この場合、生成ガス中の灰分、未
燃成分は再度ガス化炉３内に戻されて、ガス化炉３内を
循環して十分な滞留時間を確保され、ガス化効率の向上
に寄与されることになる。灰分は、ガス化炉３下方に設
置された残渣ガス化炉５にて燃焼・ガス化されて系外に
排出される。この残渣ガス化炉５には、燃焼を促進する
ために空気あるいは酸素が吹き込まれるが、更に後述す
るボイラー設備から発生する加熱蒸気を投入してもよ
い。

【００２２】セラミックフィルター４としては、高温で
の使用に適した窒化珪素、窒化炭素、アルミナ製などの
フィルターを使用でき、その孔径としては、ガス中の飛
灰を除去できればよく、通常、数十μｍ程度のものを使
用できる。

【００２３】セラミックフィルター４により除塵された
生成ガスは、熱回収装置である熱交換器６に送り込まれ
て熱回収される。その熱エネルギーはボイラー設備９な
どに送られて有効に利用される。この場合、熱交換器６
に給水されて熱交換される条件として、具体的には、ボ
イラー設備９の規模にもよるが、例えば、１２０℃程度
に加熱された水蒸気を用いて、熱交換器６から排出され
るときには２００℃程度に加熱されてボイラー設備９に
送給される。ボイラー設備９から発生した水蒸気あるい
は過熱蒸気は、蒸気タービン１４に送給されて利用さ
れ、これに接続する発電機１５により発電に寄与し得
る。ボイラー設備９を通過し、熱利用されたガスは、煙
突１６から大気に放出される。

【００２４】このシステムの場合、従来技術と異なり生
成ガスを低温に冷却して生成ガスの有する熱エネルギー
を著しく減殺する必要がなく、しかも生成ガスには煤塵
が除去されているので、生成ガスの熱伝達率は向上し、
生成ガスの有する高温エネルギーを有効に利用でき、高
い熱効率を達成できる。のみならず、生成ガスから煤塵
が除かれていることにより、熱交換器６を構成する水管
に磨耗や腐食が生じるのを顕著に低減でき、水管の寿命
延長と取り出す蒸気の高温化が可能になるという効果が
得られる。

【００２５】熱回収された生成ガスは、更に、薬剤投入
装置である炭酸水素ナトリウム吹込装置７に送給され
て、生成ガス中の酸性成分が中和・除去され精製され
る。すなわち、炭酸水素ナトリウム吹込装置７は、図２
に示すように、炭酸水素ナトリウムを送給するテーブル
フィーダーのような供給装置７ａと、供給された炭酸水
素ナトリウムを微粉砕する粉砕機７ｂと、粉砕機７ｂに
より微粉砕された炭酸水素ナトリウム粉末を窒素やアル
ゴンなどの不活性ガスを介して送り込むことにより生成
ガスと混合させる、エジェクターのような混合器７ｃな
どとから構成されていて、除塵された生成ガスと吹き込
まれた炭酸水素ナトリウム粉末とが混合器７ｃ内で十分
に混合され、生成ガスに含まれる酸性成分と炭酸水素ナ
トリウム粉末とが反応して酸性成分は中和され無害化さ
れる。ここに、不活性ガスとは、窒素やアルゴンのみな
らず、生成ガスを燃焼させないのであれば、水蒸気、空
気などであってもよい。

【００２６】炭酸水素ナトリウムと混合された生成ガス
は、生成ガスの有する残留熱により多孔質が促進された
炭酸水素ナトリウムと効果的に反応し、生成ガス中の酸
性成分は中和処理されて、生成ガス中の酸性成分は除去
される。すなわち、炭酸水素ナトリウムは、１４０〜３
００℃程度の温度域に加熱されることにより、次式のよ
うに分解されてガス成分が揮発し、多孔質になって、活
性化されたＮａ₂ ＣＯ ₃ となる。

【００２７】 ２ＮａＨＣＯ₃ → Ｎａ₂ ＣＯ₃ ＋ＣＯ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ このようにして生成された多孔質の活性化Ｎａ₂ ＣＯ₃
は、生成ガス中の酸性成分と効果的に反応し、湿式処理
した場合と同等またはそれ以上の顕著な脱硫、脱塩効果
を発揮し、ガスの中和反応が促進されることになる。こ
の場合、炭酸水素ナトリウムは、ガス中の酸性成分の量
に対応する量だけ投入されることが好ましい。そのため
に、ガス中の酸性成分量を混合器７ｃの上流側でモニタ
ーしておき、その結果に基づいて炭酸水素ナトリウムの
投入量を自動的あるいは手動的に制御するようにすれば
よい。ガス中の酸性成分量の測定方法は特に限定される
ものではなく、各種ガスセンサーを設けると共に、その
測定結果をフィードバックして炭酸水素ナトリウムの投
入量を制御する方式の採用などが考えられる。ガス中の
酸性成分の測定に、半導体レーザ吸光分光方式のレーザ
式ガス分析計を採用してもよく、これを用いる場合は検
出速度が早いので、制御がタイミングよくできて特に好
ましい。

【００２８】中和処理された生成ガス中の反応生成物
は、集塵手段であるバグフィルター、セラミックフィル
ター（ガスが高温の場合に特に好ましい）等の集塵器８
により除去されて、系外に取り出される。

【００２９】集塵器８により反応生成物を除去された精
製ガスは、圧縮手段であるコンプレッサー１０により加
圧・圧縮された後、燃焼器１１に送給されて燃焼し、ガ
スタービン１２を駆動して、ガスタービン１２に接続さ
れている発電機１３により発電に利用される。この場合
も、精製ガスの顕熱がガスタービン１２の効率向上に寄
与できることになる。更に、ガスタービン１２を駆動し
たガスの熱エネルギーは、ボイラー設備１４に送給され
て蒸気発生に利用される。これら排ガス中には、煤塵が
含まれていないため、更に集塵器の設置は不要である。

【００３０】〔別実施の形態〕 （１） 本発明に実施可能な被燃焼物は有機系廃棄物を
含む廃棄物に限定されるものではなく、各種固形燃料、
産業廃棄物などであってもよく、又、実施可能なガス化
装置についても特に限定されるものではなく、ストーカ
炉、キルン式やシャフト炉式などの各種ガス化溶融炉、
シャフト炉、その他の各種焼却炉など、被燃焼物を加熱
・分解してガス化可能な装置であればよい。

【００３１】（２） 上記実施形態では、発電装置がガ
スタービン１２と蒸気タービン１４に接続される構成と
されていて、高い発電能力を発揮する例を示したが、こ
れらはいずれか単独のみ使用するもの、あるいはガスエ
ンジンを使用するものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るガス化発電システム
の概略全体構成図

【図２】図１のガス化発電システムを構成する炭酸水素
ナトリウム吹込装置の概略構成ブロック図

【符号の説明】

３ ガス化装置 ４ セラミックフィルター ６ 熱回収装置 ７ｂ 粉砕機 ７ｃ 混合器 ８ 集塵手段 １０ 圧縮手段 １３，１４ 発電装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｃ 3/28 Ｂ０１Ｄ 53/34 １１８Ｚ (72)発明者 片岡 静夫 兵庫県尼崎市金楽寺町２丁目２番33号 株 式会社タクマ内 Ｆターム(参考） 4D002 AB01 AC10 BA03 DA02 DA16 EA01 EA05 EA06 HA08 4H060 AA01 AA02 BB22 BB25 CC03 DD11 DD24 EE08 FF01 FF03 GG01 GG08

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被燃焼物を加熱してガス化するガス化装
   置と、このガス化装置の下流側に配置されてガス化装置
   から発生する生成ガスを除塵するセラミックフィルター
   と、除塵された前記生成ガスから熱回収する熱回収装置
   と、この熱回収装置を通過した前記生成ガスに、加熱さ
   れて多孔質になるアルカリ性薬剤を投入して反応させる
   薬剤投入装置と、この薬剤投入装置により前記生成ガス
   中の反応生成物を除去する集塵手段と、反応生成物を除
   去された前記生成ガスを加圧・圧縮する圧縮手段と、こ
   の圧縮手段により加圧された生成ガスを送給して発電す
   る発電装置とを備えるガス化発電システム。
2. 【請求項２】 前記セラミックフィルターにより除塵さ
   れた煤塵は、前記ガス化装置に戻されて前記生成ガス中
   の未燃成分がガス化されるようになっている請求項１の
   ガス化発電システム。
3. 【請求項３】 前記アルカリ性薬剤が炭酸水素ナトリウ
   ムであり、前記薬剤投入装置が、前記炭酸水素ナトリウ
   ムを微粉砕する粉砕機と、この粉砕機により微粉砕され
   た炭酸水素ナトリウムを不活性ガスと共に送給して前記
   生成ガスと混合させる混合器とを備える請求項１又は２
   のガス化発電システム。
4. 【請求項４】 ガス化装置により被燃焼物を加熱してガ
   ス化し、この生成ガスをセラミックフィルターにより除
   塵し、除塵された前記生成ガスから熱回収し、熱回収し
   た前記生成ガスに、加熱されて多孔質になるアルカリ性
   薬剤を投入して反応させることにより生成ガス中の酸性
   成分を中和し、中和された反応生成物を集塵除去して生
   成ガスを精製し、精製されたガスを加圧・圧縮し発電装
   置に送給して発電するガス化発電方法。
5. 【請求項５】 前記セラミックフィルターにより除塵さ
   れた生成ガス中の煤塵を、前記ガス化装置に戻すことに
   より前記生成ガス中の未燃成分をガス化する請求項４の
   ガス化発電方法。
6. 【請求項６】 前記アルカリ性薬剤が炭酸水素ナトリウ
   ムであり、この炭酸水素ナトリウムを粉砕機により微粉
   砕して、これを不活性ガスと共に混合器に送給して前記
   生成ガスと混合する請求項４又は５のガス化発電方法。