JP2004189932A

JP2004189932A - Apparatus for gasifying solid fuel

Info

Publication number: JP2004189932A
Application number: JP2002360664A
Authority: JP
Inventors: Kozo Shionoya; 幸造塩ノ谷; Yasuyuki Nemoto; 泰行根本; Izumi Ushiyama; 泉牛山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2004-07-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for gasifying a solid fuel capable of stable combustion and gas generation without exposing an air ejecting nozzle part to an abnormal temperature. <P>SOLUTION: In an apparatus for gasifying a solid biomass fuel which comprises a gas generator body 11, a solid biomass fuel supply means installed above the gas generator body 11, an air introduction means having an air ejecting nozzle part 116 installed in the middle of the gas generator body 11, a grate installed beneath the gas generator body 11 and a generated gas-discharging means 117 installed under the grate, a heat accumulation layer 113 is installed around the outer periphery of the gas generator body 11 which is equipped with a steam-mixing means 114 which mixes steam with the air introduced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固形燃料を燃焼する分散型電源に使用されるガス発生炉の空気導入手段の構成であり、前記ガス発生炉内の温度安定化を図るとともに、生成ガスの発熱量を増加させるための固形燃料ガス化装置に関するものである。本明細書でいう前記固形燃料とは、固形バイオマス燃料あるいはそれ以外の固形燃料からなる。たとえば、固形バイオマス燃料は、木炭、木材のチップ、おが屑やもみ殻を固形化したもの、鶏糞、あるいは生ゴミ等を固形化したもの等を含む。また、前記固形燃料としては、石炭等の化石化燃料等を含むものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽エネルギーが植物の光合成によって生体内に固定、蓄積された生体量（バイオマス）は、その内部に、炭素および水素等燃料となる成分が多く含まれているため、石油あるいは天然ガスの代替エネルギー源として注目されている。
【０００３】
従来のバイオマスを燃料に使用した発電方式は、たとえば、
1) バイオマス燃料を直接ボイラーで燃焼させ、その熱で蒸気タービンを動かす発電
2) 微生物を利用して、バイオマス燃料を発酵させて、メタンガスを取り出し、燃料電池に供給する発電
3) バイオマス燃料をガス発生炉においてガス化して可燃ガスを発生させて、前記可燃ガスをガスエンジンやディーゼルエンジンに供給する発電
等がある。
【０００４】
前記3)のバイオマス燃料をガス化する方式としては、既に、昭和５８年に、おが屑をガス化し、前記発生ガスがガス清浄化装置を介してガスエンジン等に供給され、数十ＫＶＡの発電を行う、所謂、おが屑発電が実施されている（塩ノ谷幸造著「木炭自動車」、１９９６年、パワー社発行、第１７頁〜第１８頁参照）。
前記おが屑発電は、おが屑が粉状であるため、燃焼効率が低いという問題があった。
【０００５】
前記おが屑発電は、おが屑が固形チップ化され、この固形バイオマス燃料をガス化し、前記生成されたガスを燃料として使用している。前記固形バイオマス燃料は、発電を行うための取り扱いが容易であるという特徴を有する。
【０００６】
しかしながら、前記固形バイオマス燃料を使用した発電は、木炭等のように、炭化された燃料と異なり、発生するガス中のタール分が多く含まれ、このタール分がガスエンジン等の吸入弁や配管等に付着し、長期連続運転が困難であるという問題があった。前記問題を解決するために、固形バイオマス燃料のガス化方法及び装置にかかる発明が特開平２００２−２８２８７９号公報に示されている。
【０００７】
図１０は従来例の固形バイオマス燃料ガス化装置を説明するための模式図であり、（ａ）は定常運転時、（ｂ）は（ａ）における燃料供給ゲートの概略を説明するための図である。なお、図１０に示す固形バイオマス燃料ガス化装置は、前記公報に示されたものである。
【０００８】
図１０（ａ）において、固形バイオマス燃料ガス化装置は、固形バイオマス燃料を燃焼してガスを生成するガス発生炉本体２１と、前記生成ガスを精製するサイクロン２２と、前記生成ガスの吸込みファン２３とから構成されている。また、前記ガス発生炉本体２１は、ガス排出パイプ２２１を介して、前記サイクロン２２に接続されている。前記サイクロン２２は、ガス排出パイプ２２２を介して、前記吸込みファン２３に接続されている。
【０００９】
前記ガス発生炉本体２１において、発生した生成ガスは、前記ガス排出パイプ２２１、前記サイクロン２２、前記ガス排出パイプ２２２を介して吸込みファン２３によって吸引されて、図示されていない、ガスエンジン側に供給される。また、前記サイクロン２２は、遠心分離作用によって、生成ガス中に含まれる固形不純物等を除去するものである。
【００１０】
前記ガス発生炉本体２１は、固形バイオマス燃料供給用ホッパー２１１と、燃料供給ゲート２１２と、炉燃焼部２１３と、火格子２１４と、金属球（金属ボール）２１５と、バーナポート２１６と、空気取入パイプ２１７とから構成されている。前記ガス発生炉本体２１は、起動時に、図示されていない、バーナの棒状部材が前記バーナポート２１６に挿入される。前記金属球２１５は、層状かつ略均一に配設される。また、前記金属球２１５の材質は、ステンレス鋼、鋳鉄製、セラミック製等の耐火球が使用される。
【００１１】
燃料供給ゲート２１２は、燃料供給用ホッパー２１１から固形バイオマス燃料２４を炉燃焼部２１３の半径方向に対して、できる限り均一に供給可能な構成になっている。たとえば、図１０（ｂ）に示すように、燃料供給ゲート２１２は、回転ゲート構造となっている。
【００１２】
図１０（ｂ）において、燃料供給ゲート２１２は、上部に回転ゲート２１２ａが、下部にホッパー底面遮蔽部２１１ｂが配設されている。前記回転ゲート２１２ａは、回転円板の一部を円板中心からたとえば、約３０度切欠いた切欠き部２１２ｂを備え、前記ホッパー底面２１１ａは、前記切欠き部２１２ｂをカバーするホッパー底面遮蔽部２１１ｂを備えている。
【００１３】
前記燃料供給ゲート２１２は、前記回転ゲート２１２ａを回転することにより、切欠き部２１２ｂが円周方向に順次移動し、前記切欠き部２１２ｂから固形バイオマス燃料２４を略均一に炉燃焼部２１３に供給する。前記回転ゲート２１２ａおよびホッパー底面遮蔽部２１１ｂが重なった位置が燃料供給ゲート２１２を閉ざした場合である。
【００１４】
次に、図１０に示す固形バイオマス燃料ガス化装置の動作について説明する。
図１０（ａ）において、固形バイオマス燃料２４の投入前、バーナにより、金属球２１５は、５００度Ｃから８００度Ｃに予熱される。前記複数個の金属球２１５は、前記バーナの燃焼排ガスが前記金属球２１５の間の隙間を経て火格子２１４の下方から排出されるので、略均等に加熱される。前記バーナは、バーナポート２１６から取り出された後、バーナポート２１６が閉ざされる。
【００１５】
その後、固形バイオマス燃料２４は、燃料供給用ホッパー２１１から炉燃焼部２１３に供給される。前記固形バイオマス燃料２４は、所定量が供給された後、燃料供給ゲート２１２が閉ざされる。炉燃焼部２１３における固形バイオマス燃料２４は、予熱された金属球２１５の上層部から燃焼を開始する。前記固形バイオマス燃料２４は、空気取入口が炉燃焼部２１３の略中央部に設けられているので、上方に向けて、次第に燃焼層（酸化層）が移動する。
【００１６】
これにより、前記金属球２１５の真上層は、還元層となり、空気取入口付近の中央部層は、燃焼層（酸化層）となる。前記燃焼層（酸化層）の上層は、予熱層（乾留層）となる。なお、ガス中に含まれるタール分は、還元層を通過する間に燃焼し、かつ、還元された可燃性ガスとなる。
【００１７】
炉燃焼部２１３の固形バイオマス燃料２４は、消費されて燃料レベルが低下すると、図示されていないレベルセンサにより、燃料レベルが所定のレベルに到達したことを検知し、この検知信号に基づき、燃料供給ゲート２１２を開として、再度燃料供給を行う。
【００１８】
前記特開平２００２−２８２８７９号公報に記載された固形バイオマス燃料ガス化装置は、発生ガスにタール分を含まず、起動停止が容易であり、さらに、安定した組成のガスが得られ、かつ、安定組成のガスが得られるまでの立ち上がり時間が短いという利点がある。しかし、前記出願の固形バイオマス燃料ガス化装置において、ガス発生炉本体２１の中央部に設けられた空気取入パイプ２１７の空気噴出ノズル部は、高温度にさらされるため、空気噴出ノズル部の寿命が比較的短いという問題があった。
【００１９】
また、従来の空気噴出ノズル部の構造は、一点噴出構造であって、比較的広い範囲にわたって均一に空気を吹き出す構造ではないため、安定したガスの発生を阻害するという問題があった。さらに、燃料の種類や導入空気量によっては、ガス発生炉燃焼部の温度分布が安定せずに、空気噴出ノズル部が、さらに、高温度にさらされるという問題があった。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
図８は従来例の問題を解決した固形バイオマス燃料ガス化装置を説明するための模式図である。図９（ａ）および（ｂ）は図８に示された固形バイオマス燃料ガス化装置の経過時間に対する燃焼層の温度変化を説明するための図である。図８における固形バイオマス燃料ガス化装置は、図１０に示す固形バイオマス燃料ガス化装置における空気噴出ノズル部の空気導入手段を一部改良したものである。
【００２１】
図８において、図１０に示す固形バイオマス燃料ガス化装置と同一構成部材は、同一の番号が付されているため、詳細な説明を省略する。また、前記図８において、図１０のバーナポートや金属球は、一部省略されている。
【００２２】
図８において、空気導入手段２５１は、ガス発生炉本体２１の下部から配管を水平に導入し、ガス発生炉本体２１の略中央部で垂直に立ち上げ、空気噴出ノズル部２５３を構成している。前記空気噴出部ノズル部２５３は、中空円筒配管の軸方向先端部における円筒部に、空気流通用の複数個の孔を備えている構造になっている。
【００２３】
図９に示すグラフは、図８に示す固形バイオマス燃料ガス化装置を運転した際の、空気噴出ノズル部２５３の近傍におけるノズル表面から円周方向に１１０ｍｍ離れた位置の燃焼層の温度の時間的推移の一例を示している。図９（ａ）に示すグラフは、温度が比較的安定している場合で、図９（ｂ）は、燃料の種類、燃料の充填状態、導入空気量等が図９（ａ）と異なる場合であって、温度変動が大きい場合の一例を示す。
【００２４】
図９（ａ）の場合、燃焼層の温度は、最高約１０００度Ｃであり、８５０度Ｃ〜１０００度Ｃの範囲内で変動している。これに対して、図９（ｂ）の場合、燃焼層の最高温度は、約１５００度Ｃに達し、空気噴出ノズル部は、異常高温度にさらされる。さらに、温度の変動幅は、図９（ｂ）において、大きく、安定したガスの発生が得られない状態となっている。図９（ｂ）のように、温度変動が大きい要因としては、たとえば、次のようなことが考えられる。
【００２５】
たとえば、もみがらをすり潰した後、固形化した燃料は、酸素の供給に伴って、一気に燃焼する傾向がある。前記固形化した燃料の充填量が多い場合の燃焼は、持続するが、少ない場合、燃料の補給が不十分となって、一気に燃焼した後、温度が直ちに低下する傾向がある。すなわち、前記固形バイオマス燃料ガス化装置は、燃料の量、導入空気量、および導入状態等種々の要因によっても温度が大きく変動するという課題があった。
【００２６】
以上のような課題を解決するために、本発明は、前記空気噴出ノズル部が異常な高温にさらされることがなく、かつ、固形バイオマス燃料の安定した燃焼と、品質の高い生成ガスの発生を可能とする固形バイオマス燃料ガス化装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
（第１発明）
第１発明の固形燃料ガス化装置は、ガス発生炉本体と、前記ガス発生炉本体の上部に設けられた固形燃料導入手段と、前記ガス発生炉本体の略中央部に設けられた空気噴出ノズル部を有する空気導入手段と、前記ガス発生炉本体の下部に設けられた火格子と、前記火格子の下方に設けられた発生ガス排出手段とから構成される固形燃料ガス化装置において、前記ガス発生炉本体は、当該ガス発生炉本体の外周部に蓄熱層を設けると共に、導入空気に水蒸気を混合する水蒸気混合手段を備えていることを特徴とする。
【００２８】
（第２発明）
第２発明の固形燃料ガス化装置は、ガス発生炉本体と、前記ガス発生炉本体の上部に設けられた固形燃料導入手段と、前記ガス発生炉本体の略中央部に設けられた空気噴出ノズル部を有する空気導入手段と、前記ガス発生炉本体の下部に設けられた火格子と、前記火格子の下方に設けられた発生ガス排出手段と、前記発生ガス排出手段から発生したガスを精製する生成ガス精製手段とから構成される固形燃料ガス化装置において、前記ガス発生炉本体は、当該ガス発生炉本体の外周部に蓄熱層を設けると共に、導入空気に水蒸気を混合する水蒸気混合手段を備えていることを特徴とする。
【００２９】
（第３発明）
第３発明の固形燃料ガス化装置において、蓄熱層の外周部には、水蒸気を発生する予熱層（水蒸気発生層）が設けられていることを特徴とする。
【００３０】
（第４発明）
第４発明の固形燃料ガス化装置において、予熱層（水蒸気発生層）の外周部には、断熱層が設けられていることを特徴とする。
【００３１】
（第５発明）
第５発明の固形燃料ガス化装置において、生成ガス精製手段の外周部には、空気予熱層が設けられていることを特徴とする。
【００３２】
（第６発明）
第６発明の固形燃料ガス化装置において、前記生成ガスの一部は、水蒸気とともにガス発生炉本体の燃焼部に戻されて再循環することを特徴とする。
【００３３】
（第７発明）
第７発明の固形燃料ガス化装置において、空気噴出ノズル部における空気噴出ノズルは、燃焼部の略中央部から下向きの通風となるようにしてガス化を行うことを特徴とする。
【００３４】
（第８発明）
第８発明の固形燃料ガス化装置において、ガス発生炉本体の中央部には、固形燃料の温度検出器を備え、前記温度検出器の出力値が所定の上限に達した際に、前記水蒸気の混合および／または発生ガスの混合を開始するような制御を行う制御装置を備えていることを特徴とする。
【００３５】
（第９発明）
第９発明の固形燃料ガス化装置において、発生ガス排出手段には、発生ガス吸引用ファンを備え、前記温度検出器によって検出された温度が上限値に達した際に、前記制御装置によって前記発生ガス吸引用ファンの回転数を低下させるような制御を行う制御装置を備えていることを特徴とする。
【００３６】
（第１０発明）
第１０発明の固形燃料ガス化装置において、空気噴出ノズル部は、中空円筒配管の軸方向先端部における円筒部に、空気流通用の複数の孔を備えていることを特徴とする。
【００３７】
（第１１発明）
第１１発明の固形燃料ガス化装置において、複数の孔を備えた円筒部は、当該円筒部の軸芯と同心円状に着脱自在に設けられたキャップ円筒部材を備え、前記キャップ円筒部材は、空気流通用の複数個の孔を備えていることを特徴とする。
【００３８】
（第１２発明）
第１２発明の固形燃料ガス化装置において、キャップ円筒部材の孔径は、前記円筒部の孔径より小さいことを特徴とする。
【００３９】
（第１３発明）
第１３発明の固形燃料ガス化装置において、中空円筒配管は、内管および外管からなる同心二重中空配管とし、前記内管の中空部には、導入空気を流通し、外管と内管との中空部には、前記空気噴出ノズル部冷却用の冷却水を通流する構成としたことを特徴とする。
【００４０】
（第１４発明）
第１４発明の固形燃料ガス化装置において、孔を備えた同心二重中空配管の円筒部は、前記円筒部の軸芯と同心円状に着脱自在に設けられたキャップ円筒部材を備え、前記キャップ円筒部材は、空気流通用の複数個の孔を備えていることを特徴とする。
【００４１】
（第１５発明）
第１５発明の固形燃料ガス化装置において、火格子上には、複数個の金属球またはセラミック球等の耐火球を層状かつ略均一に配設した耐火球敷設層と、前記耐火球の予備加熱手段とを備えていることを特徴とする。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（第１発明）
第１発明の固形燃料ガス化装置は、ガス発生炉本体と、固形燃料導入手段と、空気導入手段と、火格子と、発生ガス排出手段とから構成される。固形燃料ガス化装置における前記ガス発生炉本体には、当該ガス発生炉本体の外周部に蓄熱層を設けると共に、導入空気に水蒸気を混合する水蒸気混合手段が備えられている。前記固形燃料導入手段は、たとえば、燃料供給用ホッパーと燃料供給ゲート等から構成されている。
【００４３】
前記空気導入手段は、ガス発生炉本体の底部から垂直で、かつ、ガス発生炉本体の略中央部に設けられている空気噴出ノズル部等から構成されている。前記水蒸気混合手段は、空気および水を導入するとともに、前記蓄熱層の熱により水蒸気にして、前記空気噴出ノズル部に送る。前記蓄熱層は、たとえば、金属球やセラミック球のようにガス発生炉本体の熱を蓄えることができる部材から構成されている。
【００４４】
第１発明の固形燃料ガス化装置は、導入空気に水蒸気を混合して、空気の酸素濃度を下げるとともに、ガス発生炉本体の外周部に設けられた蓄熱層によって炉内の温度を安定に保つことができる。前記ガス発生炉本体内は、次に示すような反応式から判るように、燃焼熱の一部が消費されるために、総合的に燃焼温度の上昇と温度変動とを抑制することができる。
【００４５】
Ｃ−Ｈ₂Ｏ＝ＣＯ＋２Ｈ₂−１３１〔ｋＪ／ｋｍｏｌ〕
Ｃ＋２Ｈ₂Ｏ＝ＣＯ₂＋２Ｈ₂−９０〔ｋＪ／ｋｍｏｌ〕
その結果、第１発明の固形燃料ガス化装置は、ガス発生炉本体内における安定した燃焼と、品質の優れた生成ガスの発生を可能とすることができる。また、前記安定した燃焼は、空気導入手段である空気噴出ノズル部を異常な高温にさらすことがない。
【００４６】
（第２発明）
第２発明の固形燃料ガス化装置は、ガス発生炉本体と、固形燃料導入手段と、空気導入手段と、火格子と、発生ガス排出手段と、生成ガス精製手段とから構成される。固形燃料ガス化装置における前記ガス発生炉本体には、当該ガス発生炉本体の外周部に蓄熱層を設けると共に、導入空気に水蒸気を混合する水蒸気混合手段が備えられている。第２発明は、前記生成ガス精製手段を備えている点で、第１発明と異なっており、前記生成ガス精製手段によって、生成ガスの不純物を遠心分離作用で除去することができるため、第１発明より品質の良い生成ガスを得ることができる。
【００４７】
（第３発明）
第３発明の固形燃料ガス化装置において、第１発明および第２発明の蓄熱層の外周部に設けられた予熱層（水蒸気発生層）は、蓄熱層に蓄えられた熱を利用して水蒸気を発生する。第３発明は、ガス発生炉本体における燃焼部の熱を外部に放出することなく、有効に利用するだけでなく、前記予熱層（水蒸気発生層）によって、前記燃焼部の温度を安定にするとともに、生成ガスの発熱量を増加させることができる。
【００４８】
（第４発明）
第４発明の固形燃料ガス化装置において、第３発明の予熱層（水蒸気発生層）の外周部に設けられた断熱層は、前記蓄熱層および前記予熱層（水蒸気発生層）と相まって、ガス発生炉本体における燃焼部の温度を均一かつ安定に保持することができるため、生成ガスの発熱量を増加させることができる。
【００４９】
（第５発明）
第５発明の固形燃料ガス化装置において、発生した生成ガスは、生成ガス精製手段、たとえば、サイクロンの遠心分離作用により、精製される。前記生成ガス精製手段の外周部には、空気予熱層が設けられ、前記生成ガス精製手段により発生する熱を利用して、空気を予熱する。前記生成ガス精製手段における空気予熱層は、発生した生成ガスの熱を利用できるので、効率のよい固形燃料ガス化装置を得ることができる。また、前記空気予熱層の外周部には、断熱材が必要に応じて設けられている。
【００５０】
（第６発明）
第６発明の固形燃料ガス化装置において、ガス発生炉本体で生成された生成ガスの一部は、ファンによりガス発生炉本体の燃焼部に、水蒸気とともに戻されて、再循環する。前記生成ガスの一部は、ガス発生炉本体にフィードバックされることにより、ガス発生炉本体内温度の安定化が図れるとともに、炉内温度を低減することができるため、ガス発生炉本体の寿命を延長させることができる。
【００５１】
（第７発明）
第７発明の固形燃料ガス化装置において、空気噴出ノズル部における空気噴出ノズルは、燃焼部の略中央部から下向きの通風となるような構成になっている。
すなわち、前記空気噴出ノズル部の構成は、ガス発生炉本体の下部から燃焼層を順次上方に移動させることにより、最上部を乾留層とすることができるため、効率良く生成ガスを得ることが可能である。
【００５２】
（第８発明）
第８発明の固形燃料ガス化装置には、固形燃料の温度検出器および水蒸気の混合および／または発生ガスの混合を制御する制御装置を備えている。前記温度検出器は、ガス発生炉本体の中央部における固形燃料の温度を検出する。そして、前記温度検出器において、固形燃料の温度が予め定められた所定の値（上限）に達した際に、前記制御装置は、前記水蒸気の混合および／または生成ガスの混合を開始するような制御を行う。前記温度検出器および制御装置は、ガス発生炉本体の温度を安定して保つことができるため、品質の高いガスを生成することができるとともに、前記ガス発生炉本体あるいは空気噴出ノズル部の寿命を延長させることができる。
【００５３】
（第９発明）
第９発明の固形燃料ガス化装置において、発生ガス排出手段は、たとえば、発生ガス吸引用ファンである。前記固形燃料の燃焼温度を検出する温度検出器によって検出された温度が予め定められた所定の値（上限）に達した際に、前記制御装置は、前記発生ガス吸引用ファンの回転数を低下させるように制御を行う。すなわち、第９発明は、前記温度検出器と制御装置によって、ガス発生炉本体内の温度を所定の温度に制御することができるため、生成ガスの品質を向上させることができるとともに、ガス発生炉本体あるいは空気噴出ノズル部の寿命を延ばすことができる。
【００５４】
（第１０発明）
第１０発明の固形燃料ガス化装置において、空気噴出ノズル部は、中空円筒配管の軸方向先端部における円筒部に、空気流通用の複数の孔を備えているため、固形燃料の燃焼が一カ所に集中することがなく、前記空気噴出ノズル部近傍から徐々に広がって行く。このため、固形燃料の燃焼が急激に一部のみで行われないため、燃焼部および前記空気噴出ノズル部の温度が上がり過ぎず、ガス発生炉本体あるいは空気噴出ノズル部の寿命を延ばすことができるとともに、良質な生成ガスを得ることができる。
【００５５】
（第１１発明）
第１１発明の固形燃料ガス化装置において、第１０発明における複数の孔を備えた円筒部は、当該円筒部の軸芯と同心円状に着脱自在に設けたキャップ円筒部材を備え、前記キャップ円筒部材は、空気流通用の複数個の孔を備えているため、第１０発明と同様な効果を奏するとともに、前記円筒部の交換が容易にできる。また、前記円筒部の孔およびキャップ円筒部材の孔は、互いに作用して、導入空気の均一分散化を図ることができ、より良い生成ガスを得ることができる。
【００５６】
（第１２発明）
第１２発明の固形燃料ガス化装置において、第１１発明におけるキャップ円筒部材の孔径は、前記円筒部の孔径より小さくしているため、固形燃料が空気噴出ノズル内に入り難く、品質のよい生成ガスを発生させることができる。
【００５７】
（第１３発明）
第１３発明の固形燃料ガス化装置において、第１０発明の中空円筒配管は、内管および外管からなる同心二重中空配管とし、前記内管の中空部には、導入空気を流通し、外管と内管との中空部には、前記空気噴出ノズル部冷却用の冷却水を通流する構成としたため、冷却水により、空気噴出ノズル部の寿命をさらに延ばすことができる。
【００５８】
（第１４発明）
第１４発明の固形燃料ガス化装置において、孔を備えた同心二重中空配管の円筒部は、前記円筒部の軸芯と同心円状に着脱自在に設けたキャップ円筒部材を備えているため、空気噴出ノズル部を保護することができる。また、前記キャップ円筒部材は、空気流通用の複数個の孔を備えているため、導入空気の均一分散化を図ることができる。
【００５９】
（第１５発明）
第１５発明の固形燃料ガス化装置において、ガス発生炉本体における火格子上には、複数個の金属球またはセラミック球等の耐火球を層状かつ略均一に配設した耐火球敷設層と、前記耐火球の予備加熱手段とを備えているため、燃焼部における温度が比較的所望通りになり、生成ガスの発生が効率的で、かつ、ガス発生炉本体の寿命を延ばすことができる。
【００６０】
【実施例】
図１は本発明の第一実施例で、固形バイオマス燃料ガス化装置を説明するための模式図である。図１において、固形バイオマス燃料ガス化装置は、固形バイオマス燃料１０を燃焼するガス発生炉本体１１と、ガス発生炉本体１１で生成された生成ガスから未燃焼物等の不純物を除去する、たとえば、サイクロン１２と、前記生成ガスを取り出すファン１３と、生成された生成ガスの一部をガス発生炉本体１１にフィードバックするファン１４とから構成されている。
【００６１】
前記ガス発生炉本体１１は、固形バイオマス燃料１０を燃焼する燃焼部１１１と、固形バイオマス燃料を保持する燃料供給用ホッパー１１２と、前記ガス発生炉本体１１の外周に設けられた蓄熱層１１３と、前記蓄熱層１１３の外周に設けられた予熱層（水蒸気発生層）１１４と、前記予熱層１１４の外周に設けられた断熱層１１５と、前記固形バイオマス燃料１０を燃焼するための空気等を送る空気噴出ノズル部１１６と、生成ガス取出管１１７と、水取入口１１８と、灰分取出口１１９とから構成されている。
【００６２】
前記空気噴出ノズル部１１６は、水取入口１１８に通じ、燃焼部１１１の下部に配設されている導通管１１６１に連通しているとともに、垂直で燃焼部１１１の略中心部に配置され、その先端部に空気噴出口１１６２が設けられている。なお、前記空気噴出口１１６２については後述する。
【００６３】
前記サイクロン１２は、遠心分離作用により、未燃焼分を取り出した後、生成ガスを生成ガス取出口１５から外部に送り出す。また、サイクロン１２は、外周部に設けられた空気予熱層１２１と、前記空気予熱層１２１の外周部に設けられた断熱層１２２と、空気予熱層１２１に通ずる空気取入口１２３と、前記ガス発生炉本体１１の蓄熱層１１３に通じる生成ガス取出管１１７とから構成されている。
【００６４】
前記ガス発生炉本体１１において発生した生成ガスは、ファン１３によって、生成ガス取出管１１７を介してサイクロン１２に吸引され、遠心分離作用によって、不純物を除去した後、生成ガス取出口１５から、図示されていない、ガスエンジン側に供給される。前記ガス発生炉本体１１で発生した生成ガスの一部は、サイクロン１２において、空気導入管１２１１および予熱層（水蒸気発生層）１１４を介してフィードバックされ、空気噴出ノズル部１１６から水蒸気とともに前記燃焼部１１１に供給される。
【００６５】
図１に示された前記ガス発生炉本体１１は、燃料供給用ホッパー１１２に設けられている燃料供給ゲートと、燃焼部１１１の下部に設けられている火格子、金属球（金属ボール）、バーナ、バーナポート等が省略されている。
【００６６】
前記ガス発生炉本体１１は、起動時に、図示されていない、バーナの棒状部材が前記バーナポートに挿入される。前記金属球は、層状かつ略均一に配設されている。また、前記燃料供給ゲートは、燃料供給用ホッパー１１２から固形バイオマス燃料１０を燃焼部１１１の半径方向に対して、できる限り均一に供給可能な構成になっている。
【００６７】
次に、図１に示された固形バイオマス燃料ガス化装置の動作について説明する。図１において、固形バイオマス燃料１０の投入前、バーナにより、金属球は、５００度Ｃから８００度Ｃに予熱される。燃焼部１１１の外周は、蓄熱層１１３、予熱層（水蒸気発生層）１１４、および断熱材１１５によって囲まれているため、燃焼部１１１の内部の温度を略一定に保ち易い構造になっている。
【００６８】
前記複数個の金属球は、前記バーナの燃焼排ガスが前記金属球の間の隙間を経て火格子の下方から排出されるので、略均等に加熱される。前記バーナは、バーナポートから取り出された後、バーナポートが閉ざされる。
【００６９】
その後、固形バイオマス燃料１０は、燃料供給用ホッパー１１２から燃焼部１１１に供給される。前記固形バイオマス燃料１０は、所定量が供給された後、図示されていない、燃料供給ゲートが閉ざされる。燃焼部１１１における固形バイオマス燃料１０は、図示されていない、予熱された金属球の上層部から燃焼を開始する。前記固形バイオマス燃料１０は、水取入口１１８から取り入れた水が前記燃焼部１１１の外周を取り巻くように設けられた蓄熱層１１３の熱により気化され、水蒸気となって燃焼部１１１の略中央部に設けられている空気噴出ノズル部１１６から噴出される。
【００７０】
前記固形バイオマス燃料１０は、図示されていない、加熱された金属球と加熱された水蒸気とにより、上方に向けて、次第に燃焼層（酸化層）が移動する。すなわち、前記金属球の真上層は、還元層となり、空気取入口１２３付近の中央部層は、燃焼層（酸化層）となる。前記燃焼層（酸化層）の上層は、予熱層（乾留層）となる。なお、ガス中に含まれるタール分は、還元層を通過する間に燃焼し、かつ、還元された可燃性ガスとなる。
【００７１】
燃焼部１１１の固形バイオマス燃料１０は、消費されて燃料レベルが低下すると、図示されていないレベルセンサにより、燃料レベルが所定のレベルに到達したことを検知し、この検知信号に基づき、図示されていない、燃料供給ゲートを開として、再度燃料供給を行い、前記同様に生成ガスが生成される。
【００７２】
図２は本発明の第二実施例で、固形バイオマス燃料ガス化装置を説明するための模式図である。図２において、固形バイオマス燃料ガス化装置は、従来例である図１０に示す構成部材と同じ部材に同一番号を付して、詳細な説明を省略する。図１０と図２に示す固形バイオマス燃料ガス化装置の第１の相違は、空気導入手段２５１が導入空気に水蒸気を混合する水蒸気混合手段２６２を備えている点にある。
【００７３】
第２の相違は、前記空気導入手段２５１が、ガス発生炉本体２１の外周部において導入空気を予熱する空気予熱部２５２と、ガス発生炉本体２１の外周下部において注入水を加熱する水蒸気発生部２５２ａと、前記予熱された空気と水蒸気を混合した後、前記混合気体を空気噴出ノズル部２５３へ誘導する前記ガス発生炉本体２１の下部から略中央部に向けて垂直に設けられた空気噴出用配管２５３ａとを備えている点にある。なお、図２において、符号２６３ａは水注入弁、２６３ｂは水排出弁である。
【００７４】
次に、図２に示された固形バイオマス燃料ガス化装置の空気導入系の動作について説明する。吸込みファン２３は、空気導入手段２５１から空気を取り込む。
前記取り込まれた空気は、空気予熱部２５２を通過する間に水注入弁２６３ａから注入された水と混合され、ガス発生炉本体２１の熱伝導により予熱され、最終的に水蒸気となって、空気噴出ノズル部２５３から噴出される。
【００７５】
さらに、詳述すると、空気予熱部２５２の下段に連通する水蒸気混合手段２６２には、水注入弁２６３ａおよび水排出弁２６３ｂが取り付けられている。前記水注入弁２６３ａが開となった場合、水排出弁２６３ｂの上部の水蒸気発生部２５２ａに水が注入され、貯留する。ガス発生炉本体２１の下方で、リング皿状に貯留された水は、ガス発生炉本体２１の熱伝導により加熱されて水蒸気となり、流入空気と混合される。
【００７６】
前記混合空気は、空気噴出用配管２５３ａを介して、空気噴出ノズル部２５３に導入され、前記空気噴出ノズル部２５３の先端部からガス発生炉本体２１内に噴出する。水蒸気の混合を停止する場合は、水排出弁２６３ｂを開として、水を排出することにより行う。
【００７７】
なお、前記水蒸気混合手段２６２は、前記のようにリング皿状の水蒸気発生部と水注入弁２６３ａおよび水排出弁２６３ｂとを備えた構成に限定されるものではない。たとえば、空気予熱部２５２の下方の水注入弁２６３ａの水出口付近に、エジェクタを配置し、導入空気に水の噴出作用により混合する構成とすることもできる。
【００７８】
図３は図２の固形バイオマス燃料ガス化装置により水蒸気を混合した場合の効果を確認した実験結果の一例を説明するための図である。図３に示すグラフは、前記図９（ｂ）のような温度推移を示す場合において、前記燃焼層の温度が、１０５０度Ｃの時点で、水蒸気の混合を開始した後の温度推移を示している。
【００７９】
図３の結果によれば、水蒸気混合後、燃焼層温度は、１０５０度Ｃから８５０度Ｃに低下して、ほぼ安定した状態になることが判る。また、水蒸気の混合により、木質系燃料の発生ガス中の水素は、９．８％から１２．３％に上昇した。
【００８０】
次に、図４は本発明の第三実施例で、固形バイオマス燃料ガス化装置を説明するための模式図である。図４において、図２と同じ構成部材には、同一番号を付して、詳細な説明を省略する。図４と図２との相違点は、図４において、空気導入手段２５１が導入空気の酸素濃度を下げるために、導入空気に発生ガスの一部を混合する発生ガス混合手段４４ａを備えている点である。なお、符号４４は、発生ガス混合弁、符号４６は吸込みファンである。
【００８１】
図５は本発明の第三実施例における固形バイオマス燃料ガス化装置により発生した生成ガスの一部を混合した場合の効果を確認した実験結果の一例を説明するための図である。図５に示すグラフは、発生ガス混合手段４４ａによって、発生ガスの一部を混合した時の燃焼層の温度推移が判る。図５に示すグラフは、発生ガスの一部を混合した後、９３０度Ｃから８４０度Ｃに低下して、ほぼ安定した状態になっている。
【００８２】
図４に示す固形バイオマス燃料ガス化装置は、導入空気の酸素濃度を下げるために、発生ガスの一部を混合したり、あるいは水蒸気の混合の少なくとも一方を実施することができる。また、前記固形バイオマス燃料ガス化装置は、発生ガスあるいは水蒸気の混合量を調節することもできる。
【００８３】
図６は本発明の第四実施例であり、固形バイオマス燃料ガス化装置に温度検出器を設けた例を説明するための図である。図６に示す固形バイオマス燃料ガス化装置は、図４と同様に、同一構成部材には同一番号を付して詳細な説明を省略する。図４と図６に示す固形バイオマス燃料ガス化装置の相違は、図６において、ガス発生炉本体２１の中央部に設けた固形バイオマス燃料の温度検出器２６１と、前記温度検出器２６１の出力値が所定の上限値に到達した際に、水蒸気の混合および／または発生ガスの混合を開始する制御を行う制御装置６１を備えていることである。
【００８４】
前記制御装置６１は、温度検出器２６１の出力値が予め定められた所定の上限値に到達した際に、吸込みファン２３の回転数を低下させるような制御を行う機能を備えている。図６に示す固形バイオマス燃料ガス化装置は、水蒸気の混合および／または発生ガスの混合を行って導入空気の酸素濃度を下げるための制御、あるいは導入空気量を減少させるための制御の少なくとも一つの制御を行うことができ、これにより、連続的に安定した燃焼が可能となる。
【００８５】
図７（ａ）ないし（ｃ）は空気噴出ノズル部の異なる実施例を説明するための図である。図７（ａ）において、中空円筒配管の軸方向先端部における円筒部７０には、空気流通用の複数個の孔７０ａ（破線で示す）を備え、かつ、円筒部７０の軸芯と同心円状に着脱自在が可能なように設けられたキャップ円筒部材７２を備えている。
【００８６】
前記キャップ円筒部材７２は、空気流通用の複数個の孔７２ａ（実線で示す）を備えている。さらに、前記破線で示す孔７０ａよりも、実線で示す孔７２ａの方を小径とすることにより、導入空気の均一分散化を図っている。たとえば、孔７０ａの直径は、５ｍｍないし１０ｍｍ、孔７２ａの直径は、１ｍｍないし３ｍｍが好ましい。
【００８７】
次に、図７（ｂ）に示す実施例は、内部水冷二重管構造の例であり、空気噴出ノズル部を含む空気噴出用配管は、内管７０ｂおよび外管７０ｃからなる同心二重中空配管とし、前記内管の中空部には、導入空気（燃焼用空気）を通流し、外管７０ｃと内管７０ｂとの間の中空部には、前記空気噴出ノズル部冷却用の冷却水を通流する構成としている。図７（ｃ）に示す実施例は、図７（ｂ）に示す実施例に対して、さらに、前記キャップ円筒部材７２を設けたものである。
【００８８】
前記構成により、空気噴出ノズル部２５３の異常温度上昇を抑制しながらガス発生炉本体２１の寿命の向上を図ることができ、また、導入空気の均一分散化が図れる。
【００８９】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。たとえば、本実施例は、固形バイオマス燃料ガス化装置で説明したが、その他の固体燃料をガス化して、生成ガスを発生させることができる。
【００９０】
本発明のガス発生炉本体およびサイクロンを構成する蓄熱層、予熱層、断熱層、あるいは配管に使用する材料は、公知または周知のいかなる材料を使用することもできる。特に、前記蓄熱層は、金属球あるいはセラミック球等が使用できる。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば、ガス発生炉本体と、前記ガス発生炉本体に設けた固形燃料の導入手段と、前記ガス発生炉本体中央部に設けた空気噴出ノズル部を有する空気導入手段と、前記ガス発生炉本体下部に設けた火格子と、前記火格子の下方に設けた発生ガスの排出手段と、ガス発生炉本体の外周を覆った蓄熱層、予熱層（水蒸気発生層）、あるいは断熱層を設けた下方通風式ガス化装置とすることで、空気噴出ノズル部における異常高温にさらされないようにした。
【００９２】
本発明によれば、蓄熱層、予熱層（水蒸気発生層）、および断熱層が相まって、ガス発生炉本体における燃焼部の温度を均一かつ安定に保持することができるため、効率良く生成ガスの発熱量を増加させることができるとともに、品質の高い生成ガスを発生する。
【００９３】
本発明によれば、生成された生成ガスの一部が、ガス発生炉本体に再循環されることにより、ガス発生炉本体内温度の安定化が図れるとともに、炉内温度を低減することができるため、ガス発生炉本体の寿命を延長させることができる。
【００９４】
本発明によれば、前記構成とすることで、導入空気の酸素濃度を下げる制御、あるいは導入空気量の減少制御の少なくとも一つの制御を行うことができるため、生成ガスの品質を向上させることができた。
【００９５】
本発明によれば、温度検出器と制御装置を設けることによって、ガス発生炉本体内の温度を所定の温度に制御することができるため、生成ガスの品質を向上させることができるとともに、ガス発生炉本体あるいは空気噴出ノズル部の寿命を延ばすことができる。
【００９６】
本発明によれば、空気流通用の複数の孔を備えることにより、固形燃料の燃焼が一カ所に集中することがなく、前記空気噴出ノズル部近傍から徐々に広がって行くため、固形燃料の燃焼が急激に一部のみで行われなく、燃焼部および前記空気噴出ノズル部の温度が上がり過ぎず、ガス発生炉本体あるいは空気噴出ノズル部の寿命を延ばすことができる。
【００９７】
本発明によれば、空気噴出ノズル部に着脱自在な中空円筒部を設け、固形燃料が空気噴出ノズル部内部に入り難くするとともに、前記空気噴出ノズル部の保護を行うことができるため、寿命をさらに延ばすことができる。
【００９８】
本発明によれば、空気噴出ノズル部を中空円筒配管の軸方向先端部における円筒部に、空気流通用の複数個の孔を備えてなるものとし、さらに、空気噴出ノズル部を冷却可能な構成としたので、空気噴出ノズル部が異常な高温度にさらされることがなく、かつ、安定した燃焼と生成ガスの発生を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例で、固形バイオマス燃料ガス化装置を説明するための模式図である。
【図２】本発明の第二実施例で、固形バイオマス燃料ガス化装置を説明するための模式図である。
【図３】図２の固形バイオマス燃料ガス化装置により水蒸気を混合した場合の効果を確認した実験結果の一例を説明するための図である。
【図４】本発明の第三実施例で、固形バイオマス燃料ガス化装置を説明するための模式図である。
【図５】本発明の第三実施例における固形バイオマス燃料ガス化装置により発生した生成ガスの一部を混合した場合の効果を確認した実験結果の一例を説明するための図である。
【図６】本発明の第四実施例であり、固形バイオマス燃料ガス化装置に温度検出器を設けた例を説明するための図である。
【図７】（ａ）ないし（ｃ）は空気噴出ノズル部の異なる実施例を説明するための図である。
【図８】従来例の問題を解決した固形バイオマス燃料ガス化装置を説明するための模式図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は図８に示された固形バイオマス燃料ガス化装置の経過時間に対する燃焼層の温度変化を説明するための図である。
【図１０】従来例の固形バイオマス燃料ガス化装置を説明するための模式図であり、（ａ）は定常運転時、（ｂ）は（ａ）における燃料供給ゲートの概略を説明するための図である。
【符号の説明】
１０・・・・固形バイオマス燃料
１１・・・・ガス発生炉本体
１１１・・・燃焼部
１１２・・・燃料供給用ホッパー
１１３・・・蓄熱層
１１３１・・蓄熱体
１１４・・・予熱層（水蒸気発生層）
１１５・・・断熱層
１１６・・・空気噴出ノズル部
１１６１・・導通管
１１６２・・孔（空気噴出口）
１１７・・・生成ガス取出管
１１８・・・水取入口
１１９・・・灰分取出口
１２・・・・サイクロン
１２１・・・空気予熱層
１２２・・・断熱層
１２１１・・空気導入管
１２３・・・空気取入口
１３・・・・ファン
１４・・・・ファン
１５・・・・生成ガス取出口
１６・・・・未燃焼分取出口[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is a configuration of an air introduction unit of a gas generating furnace used for a distributed power supply that burns a solid fuel, and aims to stabilize the temperature in the gas generating furnace and increase the calorific value of generated gas. The present invention relates to a solid fuel gasifier. The solid fuel referred to in the present specification comprises a solid biomass fuel or other solid fuel. For example, solid biomass fuel includes charcoal, wood chips, solidified sawdust and rice hulls, chicken manure, solidified garbage, and the like. The solid fuel includes fossil fuels such as coal.
[0002]
[Prior art]
The biomass (biomass) in which solar energy is fixed and accumulated in the living body by the photosynthesis of plants contains a large amount of fuel and other components such as carbon and hydrogen, and is an alternative energy source to oil or natural gas. It is attracting attention.
[0003]
Conventional power generation methods using biomass as fuel, for example,
1) Power generation by burning biomass fuel directly in a boiler and using the heat to drive a steam turbine
2) Biomass fuel is fermented using microorganisms, methane gas is extracted, and power is supplied to a fuel cell
3) Power generation by gasifying biomass fuel in a gas generating furnace to generate combustible gas and supplying the combustible gas to a gas engine or diesel engine
Etc.
[0004]
As a method of gasifying the biomass fuel of the above 3), already in 1983, sawdust was gasified, and the generated gas was supplied to a gas engine or the like via a gas cleaning device, thereby generating power of several tens of KVA. A so-called sawdust power generation is performed (see "Charcoal Car", published by Power Corporation, 1996, pages 17 to 18).
The sawdust power generation has a problem that combustion efficiency is low because sawdust is powdery.
[0005]
In the sawdust power generation, sawdust is converted into solid chips, the solid biomass fuel is gasified, and the generated gas is used as fuel. The solid biomass fuel is characterized in that it is easy to handle for power generation.
[0006]
However, power generation using the solid biomass fuel differs from carbonized fuel, such as charcoal, in that the generated gas contains a large amount of tar, and this tar is used for intake valves and pipes of gas engines and the like. And the problem is that long-term continuous operation is difficult. In order to solve the above-mentioned problem, an invention related to a method and an apparatus for gasifying solid biomass fuel is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-282879.
[0007]
FIGS. 10A and 10B are schematic diagrams for explaining a conventional solid biomass fuel gasifier, in which FIG. 10A is a diagram for explaining an outline of a fuel supply gate in FIG. is there. The solid biomass fuel gasifier shown in FIG. 10 is the one shown in the above-mentioned publication.
[0008]
In FIG. 10A, the solid biomass fuel gasifier includes a gas generating furnace main body 21 that burns the solid biomass fuel to generate a gas, a cyclone 22 that purifies the generated gas, and a suction fan 23 for the generated gas. It is composed of Further, the gas generating furnace main body 21 is connected to the cyclone 22 via a gas discharge pipe 221. The cyclone 22 is connected to the suction fan 23 via a gas discharge pipe 222.
[0009]
In the gas generating furnace main body 21, generated gas is sucked by the suction fan 23 through the gas discharge pipe 221, the cyclone 22, and the gas discharge pipe 222, and supplied to a gas engine side (not shown). Is done. The cyclone 22 is for removing solid impurities and the like contained in the produced gas by a centrifugal separation operation.
[0010]
The gas generating furnace main body 21 includes a solid biomass fuel supply hopper 211, a fuel supply gate 212, a furnace combustion section 213, a grate 214, a metal ball (metal ball) 215, a burner port 216, and an air intake. And an inlet pipe 217. When the gas generating furnace main body 21 is started, a bar-shaped member of a burner (not shown) is inserted into the burner port 216 at the time of startup. The metal balls 215 are arranged in a layered and substantially uniform manner. The material of the metal ball 215 is a refractory ball made of stainless steel, cast iron, ceramic or the like.
[0011]
The fuel supply gate 212 is configured to supply the solid biomass fuel 24 from the fuel supply hopper 211 in the radial direction of the furnace combustion unit 213 as uniformly as possible. For example, as shown in FIG. 10B, the fuel supply gate 212 has a rotating gate structure.
[0012]
In FIG. 10B, the fuel supply gate 212 is provided with a rotary gate 212a at the upper part and a hopper bottom shield part 211b at the lower part. The rotary gate 212a includes a cutout portion 212b formed by cutting a part of the rotary disk from the center of the disk, for example, about 30 degrees. The hopper bottom surface 211a is provided with a hopper bottom shielding portion 211b that covers the cutout portion 212b. It has.
[0013]
The fuel supply gate 212 supplies the solid biomass fuel 24 to the furnace combustion part 213 almost uniformly from the notch 212b by rotating the rotary gate 212a to sequentially move the notch 212b in the circumferential direction. I do. The position where the rotary gate 212a and the hopper bottom shield part 211b overlap is the case where the fuel supply gate 212 is closed.
[0014]
Next, the operation of the solid biomass fuel gasifier shown in FIG. 10 will be described.
In FIG. 10A, before charging the solid biomass fuel 24, the metal sphere 215 is preheated from 500 ° C. to 800 ° C. by the burner. The plurality of metal balls 215 are substantially uniformly heated because the combustion exhaust gas from the burner is discharged from below the grate 214 through the gap between the metal balls 215. After the burner is removed from the burner port 216, the burner port 216 is closed.
[0015]
Thereafter, the solid biomass fuel 24 is supplied from the fuel supply hopper 211 to the furnace combustion unit 213. After a predetermined amount of the solid biomass fuel 24 is supplied, the fuel supply gate 212 is closed. The solid biomass fuel 24 in the furnace combustion part 213 starts burning from the upper part of the preheated metal sphere 215. Since the solid biomass fuel 24 has an air inlet provided substantially at the center of the furnace combustion part 213, the combustion layer (oxidized layer) gradually moves upward.
[0016]
As a result, the layer immediately above the metal balls 215 becomes a reducing layer, and the central layer near the air intake becomes a combustion layer (oxidized layer). The upper layer of the combustion layer (oxidation layer) becomes a preheating layer (dry distillation layer). In addition, the tar component contained in the gas is burned while passing through the reducing layer, and becomes a reduced combustible gas.
[0017]
When the solid biomass fuel 24 of the furnace combustion unit 213 is consumed and the fuel level decreases, a level sensor (not shown) detects that the fuel level has reached a predetermined level, and based on this detection signal, the fuel supply is performed. With the gate 212 opened, fuel supply is performed again.
[0018]
The solid biomass fuel gasifier described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-282879 does not contain a tar component in the generated gas, can be easily started and stopped, and furthermore, a gas having a stable composition can be obtained, and There is an advantage that a rise time until a gas having a composition is obtained is short. However, in the solid biomass fuel gasifier of the above-mentioned application, the air ejection nozzle of the air intake pipe 217 provided at the center of the gas generating furnace main body 21 is exposed to a high temperature, so that the life of the air ejection nozzle is reduced. Was relatively short.
[0019]
Further, the structure of the conventional air ejection nozzle portion is a one-point ejection structure and does not uniformly blow out air over a relatively wide range, and thus has a problem of hindering stable gas generation. Further, depending on the type of fuel and the amount of introduced air, there is a problem that the temperature distribution in the combustion section of the gas generating furnace is not stabilized, and the air ejection nozzle section is further exposed to a high temperature.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a solid biomass fuel gasifier that has solved the problems of the conventional example. FIGS. 9A and 9B are diagrams for explaining a change in the temperature of the combustion layer with respect to the elapsed time of the solid biomass fuel gasifier shown in FIG. The solid biomass fuel gasifier shown in FIG. 8 is obtained by partially improving the air introduction means of the air ejection nozzle in the solid biomass fuel gasifier shown in FIG.
[0021]
8, the same components as those of the solid biomass fuel gasifier shown in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted. Also, in FIG. 8, the burner ports and metal balls in FIG. 10 are partially omitted.
[0022]
In FIG. 8, an air introduction unit 251 horizontally introduces a pipe from a lower portion of the gas generating furnace main body 21 and rises vertically at a substantially central portion of the gas generating furnace main body 21 to constitute an air ejection nozzle part 253. . The air jet nozzle portion 253 has a structure in which a plurality of holes for air circulation are provided in a cylindrical portion at an axial end of a hollow cylindrical pipe.
[0023]
The graph shown in FIG. 9 shows the temporal change in the temperature of the combustion layer at a position 110 mm circumferentially away from the nozzle surface in the vicinity of the air ejection nozzle portion 253 when the solid biomass fuel gasifier shown in FIG. 8 was operated. 9 shows an example of a transition. The graph shown in FIG. 9A shows a case where the temperature is relatively stable, and FIG. 9B shows a case where the type of fuel, the state of filling of the fuel, the amount of introduced air, and the like are different from those in FIG. 9A. And shows an example where the temperature fluctuation is large.
[0024]
In the case of FIG. 9A, the temperature of the combustion layer is a maximum of about 1000 ° C. and fluctuates within a range of 850 ° C. to 1000 ° C. On the other hand, in the case of FIG. 9B, the maximum temperature of the combustion layer reaches about 1500 ° C., and the air ejection nozzle is exposed to an abnormally high temperature. Further, the fluctuation range of the temperature is large in FIG. 9B, so that stable gas generation cannot be obtained. As shown in FIG. 9B, factors that cause a large temperature fluctuation are, for example, as follows.
[0025]
For example, after grinding the rice husks, the solidified fuel tends to burn at once with the supply of oxygen. If the solidified fuel is filled with a large amount of fuel, the combustion continues, but if the amount is small, the replenishment of the fuel becomes insufficient and the temperature tends to decrease immediately after burning at once. That is, the solid biomass fuel gasifier has a problem that the temperature greatly varies depending on various factors such as the amount of fuel, the amount of introduced air, and the state of introduction.
[0026]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention does not expose the air ejection nozzle to an abnormally high temperature, and achieves stable combustion of solid biomass fuel and generation of high-quality product gas. It is an object of the present invention to provide a solid biomass fuel gasifier that can be used.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
(First invention)
According to a first aspect of the present invention, there is provided a solid fuel gasifier comprising: a gas generating furnace main body; solid fuel introducing means provided at an upper portion of the gas generating furnace main body; and an air jet nozzle provided at a substantially central portion of the gas generating furnace main body. A solid fuel gasifier comprising: an air introduction means having a portion; a grate provided at a lower portion of the gas generating furnace main body; and a generated gas discharge means provided below the grate. The generator main body is characterized in that a heat storage layer is provided on an outer peripheral portion of the gas generating furnace main body and a steam mixing means for mixing steam with the introduced air is provided.
[0028]
(Second invention)
According to a second aspect of the present invention, there is provided a solid fuel gasifier comprising: a gas generating furnace main body; solid fuel introducing means provided at an upper portion of the gas generating furnace main body; and an air ejection nozzle provided at a substantially central portion of the gas generating furnace main body. Air introducing means having a portion, a grate provided at a lower portion of the gas generating furnace main body, a generated gas discharging means provided below the grate, and a gas generated from the generated gas discharging means. In the solid fuel gasifier comprising a product gas purifying means, the gas generating furnace main body is provided with a heat storage layer on an outer peripheral portion of the gas generating furnace main body, and further provided with a steam mixing means for mixing steam with the introduced air. It is characterized by having.
[0029]
(Third invention)
In the solid fuel gasifier of the third invention, a preheating layer (steam generating layer) for generating steam is provided on an outer peripheral portion of the heat storage layer.
[0030]
(4th invention)
In the solid fuel gasifier of the fourth invention, a heat insulating layer is provided on an outer peripheral portion of the preheating layer (steam generating layer).
[0031]
(Fifth invention)
In the solid fuel gasifier of the fifth invention, an air preheating layer is provided on an outer peripheral portion of the generated gas purifying means.
[0032]
(Sixth invention)
In the solid fuel gasifier of the sixth invention, a part of the produced gas is returned to the combustion section of the gas generating furnace main body together with the water vapor to be recirculated.
[0033]
(Seventh invention)
In the solid fuel gasifier according to the seventh aspect of the present invention, the air ejection nozzle in the air ejection nozzle portion performs gasification so as to have a downward ventilation from a substantially central portion of the combustion section.
[0034]
(Eighth invention)
In the solid fuel gasifier of the eighth invention, a temperature detector for the solid fuel is provided at a central portion of the gas generating furnace main body, and when the output value of the temperature detector reaches a predetermined upper limit, the temperature of the steam is reduced. It is characterized by including a control device for performing control to start mixing and / or mixing of generated gas.
[0035]
(Ninth invention)
In the solid fuel gasifier of the ninth aspect, the generated gas discharging means includes a generated gas suction fan, and when the temperature detected by the temperature detector reaches an upper limit, the generation of the generated gas is performed by the control device. It is characterized in that it is provided with a control device for performing control to reduce the rotation speed of the gas suction fan.
[0036]
(Tenth invention)
In the solid fuel gasifier of the tenth aspect, the air ejection nozzle portion is provided with a plurality of holes for air circulation in a cylindrical portion at an axial end of the hollow cylindrical pipe.
[0037]
(Eleventh invention)
In the solid fuel gasifier of the eleventh aspect, the cylindrical portion having a plurality of holes includes a cap cylindrical member detachably provided concentrically with the axis of the cylindrical portion, and the cap cylindrical member is formed of air. It is characterized by having a plurality of holes for distribution.
[0038]
(Twelfth invention)
In the solid fuel gasifier according to a twelfth aspect, a hole diameter of the cap cylindrical member is smaller than a hole diameter of the cylindrical portion.
[0039]
(Thirteenth invention)
In the solid fuel gasifier according to the thirteenth aspect, the hollow cylindrical pipe is a concentric double hollow pipe composed of an inner pipe and an outer pipe. The cooling water for cooling the air jet nozzle portion flows through the hollow portion.
[0040]
(14th invention)
In the solid fuel gasifier of the fourteenth aspect, the cylindrical portion of the concentric double hollow pipe having a hole includes a cap cylindrical member detachably provided concentrically with the axis of the cylindrical portion, and the cap cylinder The member is provided with a plurality of holes for air circulation.
[0041]
(15th invention)
In the solid fuel gasifier according to the fifteenth aspect, a fire-resistant ball laying layer in which a plurality of fire-resistant balls such as a plurality of metal balls or ceramic balls are arranged on the fire grate in a layered and substantially uniform manner, and preheating of the fire-resistant balls Means.
[0042]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First invention)
The solid fuel gasifier of the first invention comprises a gas generating furnace main body, solid fuel introducing means, air introducing means, grate, and generated gas discharging means. The gas generating furnace main body in the solid fuel gasifier has a heat storage layer provided on an outer peripheral portion of the gas generating furnace main body, and is provided with steam mixing means for mixing steam into the introduced air. The solid fuel introduction means includes, for example, a fuel supply hopper and a fuel supply gate.
[0043]
The air introducing means is constituted by an air ejection nozzle or the like provided perpendicular to the bottom of the gas generating furnace main body and substantially at the center of the gas generating furnace main body. The steam mixing means introduces air and water, converts the steam into heat by the heat of the heat storage layer, and sends the steam to the air ejection nozzle. The heat storage layer is made of a member capable of storing heat of the gas generating furnace main body, such as a metal ball or a ceramic ball.
[0044]
The solid fuel gasifier of the first invention mixes steam with the introduced air to lower the oxygen concentration of the air and keeps the temperature in the furnace stable by the heat storage layer provided on the outer peripheral portion of the gas generating furnace main body. be able to. As can be seen from the following reaction formula, a part of the combustion heat is consumed in the gas generating furnace main body, so that it is possible to suppress a rise in the combustion temperature and a fluctuation in the temperature as a whole.
[0045]
C-H _Two O = CO + 2H _Two -131 [kJ / kmol]
C + 2H _Two O = CO _Two + 2H _Two -90 [kJ / kmol]
As a result, the solid fuel gasifier of the first invention can enable stable combustion in the gas generating furnace main body and generation of a high-quality product gas. In addition, the stable combustion does not expose the air ejection nozzle portion serving as the air introduction means to an abnormally high temperature.
[0046]
(Second invention)
The solid fuel gasifier of the second invention comprises a gas generating furnace main body, a solid fuel introducing means, an air introducing means, a grate, a generated gas discharging means, and a generated gas purifying means. The gas generating furnace main body in the solid fuel gasifier has a heat storage layer provided on an outer peripheral portion of the gas generating furnace main body, and is provided with steam mixing means for mixing steam into the introduced air. The second invention is different from the first invention in having the product gas purifying means. Since the product gas purifying means can remove impurities of the product gas by centrifugal separation, the first invention A higher quality product gas can be obtained than the invention.
[0047]
(Third invention)
In the solid fuel gasifier of the third invention, the preheating layer (steam generating layer) provided on the outer peripheral portion of the heat storage layer of the first invention and the second invention converts steam using heat stored in the heat storage layer. appear. The third invention not only effectively utilizes the heat of the combustion section in the gas generating furnace main body without releasing it to the outside, but also stabilizes the temperature of the combustion section by the preheating layer (steam generation layer). In addition, the calorific value of the generated gas can be increased.
[0048]
(4th invention)
In the solid fuel gasifier of the fourth invention, the heat insulation layer provided on the outer peripheral portion of the preheating layer (steam generating layer) of the third invention is combined with the heat storage layer and the preheating layer (steam generating layer) to generate gas. Since the temperature of the combustion section in the furnace main body can be maintained uniformly and stably, the calorific value of the generated gas can be increased.
[0049]
(Fifth invention)
In the solid fuel gasifier of the fifth invention, the generated gas generated is purified by a generated gas purifying means, for example, a centrifugal action of a cyclone. An air preheating layer is provided on an outer peripheral portion of the generated gas purifying means, and preheats air by utilizing heat generated by the generated gas purifying means. Since the air preheating layer in the generated gas refining means can utilize the heat of the generated gas, an efficient solid fuel gasifier can be obtained. In addition, a heat insulating material is provided on an outer peripheral portion of the air preheating layer as needed.
[0050]
(Sixth invention)
In the solid fuel gasifier of the sixth invention, a part of the generated gas generated in the gas generating furnace main body is returned to the combustion section of the gas generating furnace main body together with the steam by the fan, and is recirculated. A part of the generated gas is fed back to the gas generating furnace main body, so that the temperature inside the gas generating furnace main body can be stabilized and the temperature inside the furnace can be reduced. Can be extended.
[0051]
(Seventh invention)
In the solid fuel gasifier of the seventh invention, the air ejection nozzle in the air ejection nozzle portion is configured to have a downward ventilation from a substantially central portion of the combustion section.
In other words, the configuration of the air ejection nozzle portion is such that the uppermost portion can be a dry distillation layer by sequentially moving the combustion layer upward from the lower portion of the gas generating furnace main body, so that the product gas can be obtained efficiently. It is.
[0052]
(Eighth invention)
The solid fuel gasifier of the eighth invention is provided with a solid fuel temperature detector and a control device for controlling mixing of steam and / or mixing of generated gas. The temperature detector detects the temperature of the solid fuel at the center of the gas generating furnace main body. In the temperature detector, when the temperature of the solid fuel reaches a predetermined value (upper limit), the control device starts the mixing of the steam and / or the mixing of the generated gas. Perform control. Since the temperature detector and the control device can stably maintain the temperature of the gas generating furnace main body, it is possible to generate high-quality gas, and to shorten the life of the gas generating furnace main body or the air ejection nozzle portion. Can be extended.
[0053]
(Ninth invention)
In the solid fuel gasifier of the ninth aspect, the generated gas discharging means is, for example, a generated gas suction fan. When the temperature detected by the temperature detector that detects the combustion temperature of the solid fuel reaches a predetermined value (upper limit), the control device reduces the rotation speed of the generated gas suction fan. Control is performed so that That is, in the ninth invention, the temperature in the gas generating furnace main body can be controlled to a predetermined temperature by the temperature detector and the control device, so that the quality of the generated gas can be improved and the gas generating furnace can be improved. The life of the main body or the air jet nozzle can be extended.
[0054]
(Tenth invention)
In the solid fuel gasifier according to the tenth aspect of the present invention, since the air jet nozzle portion has a plurality of holes for air circulation in the cylindrical portion at the axial end portion of the hollow cylindrical pipe, combustion of the solid fuel is performed in one place. And gradually spreads from the vicinity of the air ejection nozzle portion. For this reason, since the combustion of the solid fuel is not suddenly performed only in a part, the temperatures of the combustion portion and the air ejection nozzle portion are not excessively increased, and the life of the gas generating furnace main body or the air ejection nozzle portion can be extended. At the same time, a high-quality product gas can be obtained.
[0055]
(Eleventh invention)
In the solid fuel gasifier of the eleventh invention, the cylindrical portion having a plurality of holes according to the tenth invention includes a cap cylindrical member detachably provided concentrically with the axis of the cylindrical portion, wherein the cap cylindrical member is provided. Since a plurality of holes are provided for air circulation, the same effects as those of the tenth invention are obtained, and the replacement of the cylindrical portion can be facilitated. Further, the hole of the cylindrical portion and the hole of the cap cylindrical member act on each other to make it possible to achieve uniform dispersion of the introduced air, thereby obtaining a better product gas.
[0056]
(Twelfth invention)
In the solid fuel gasifier of the twelfth invention, the hole diameter of the cap cylindrical member in the eleventh invention is smaller than the hole diameter of the cylindrical portion, so that the solid fuel is less likely to enter the air jet nozzle, and a high quality product gas Can be generated.
[0057]
(Thirteenth invention)
In the solid fuel gasifier according to the thirteenth aspect, the hollow cylindrical pipe according to the tenth aspect is a concentric double hollow pipe composed of an inner pipe and an outer pipe. Since the cooling water for cooling the air ejection nozzle portion flows through the hollow portion between the pipe and the inner tube, the life of the air ejection nozzle portion can be further extended by the cooling water.
[0058]
(14th invention)
In the solid fuel gasifier of the fourteenth aspect, the cylindrical portion of the concentric double hollow pipe having a hole is provided with a cap cylindrical member detachably provided concentrically with the axis of the cylindrical portion. The ejection nozzle portion can be protected. Further, since the cap cylindrical member is provided with a plurality of holes for air distribution, it is possible to uniformly disperse the introduced air.
[0059]
(15th invention)
In the solid fuel gasifier of the fifteenth aspect, a fire-resistant ball laying layer in which a plurality of fire-resistant balls such as a plurality of metal balls or ceramic balls are arranged in a layered and substantially uniform manner on a grate in the gas generating furnace main body, Because of the provision of the refractory ball preheating means, the temperature in the combustion section becomes relatively desired, the generation of generated gas is efficient, and the life of the gas generating furnace main body can be extended.
[0060]
【Example】
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a solid biomass fuel gasifier according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a solid biomass fuel gasifier removes impurities such as unburned substances from a gas generating furnace main body 11 that burns a solid biomass fuel 10 and a product gas generated in the gas generating furnace main body 11. The system includes a cyclone 12, a fan 13 for extracting the generated gas, and a fan 14 for feeding back a part of the generated gas to the gas generating furnace main body 11.
[0061]
The gas generating furnace main body 11 includes a combustion unit 111 that burns the solid biomass fuel 10, a fuel supply hopper 112 that holds the solid biomass fuel, a heat storage layer 113 provided on an outer periphery of the gas generating furnace main body 11, A preheating layer (steam generating layer) 114 provided on the outer periphery of the heat storage layer 113, a heat insulating layer 115 provided on the outer periphery of the preheating layer 114, and air for sending air or the like for burning the solid biomass fuel 10. It comprises a jet nozzle section 116, a product gas outlet pipe 117, a water inlet 118, and an ash outlet 119.
[0062]
The air jet nozzle portion 116 communicates with a water inlet 118 and communicates with a conducting pipe 1161 disposed below the combustion portion 111, and is vertically disposed substantially at the center of the combustion portion 111. An air outlet 1162 is provided at the tip. The air outlet 1162 will be described later.
[0063]
The cyclone 12 removes unburned components by centrifugal action, and then sends out the product gas from the product gas outlet 15 to the outside. Further, the cyclone 12 includes an air preheating layer 121 provided on an outer peripheral portion, a heat insulating layer 122 provided on an outer peripheral portion of the air preheating layer 121, an air intake 123 communicating with the air preheating layer 121, And a product gas outlet pipe 117 communicating with the heat storage layer 113 of the furnace body 11.
[0064]
The generated gas generated in the gas generating furnace main body 11 is sucked by the fan 13 into the cyclone 12 through the generated gas extracting pipe 117, and after removing impurities by centrifugal separation, the generated gas is drawn from the generated gas outlet 15 as shown in FIG. Not supplied to the gas engine side. A part of the generated gas generated in the gas generating furnace main body 11 is fed back through the air introduction pipe 1211 and the preheating layer (steam generating layer) 114 in the cyclone 12, and is discharged from the air ejection nozzle section 116 together with the steam to the combustion section. 111.
[0065]
The gas generating furnace main body 11 shown in FIG. 1 includes a fuel supply gate provided on a fuel supply hopper 112, a grate provided below the combustion section 111, a metal ball (metal ball), and a burner. , Burner ports and the like are omitted.
[0066]
When the gas generating furnace main body 11 is started, a bar-shaped member of a burner, not shown, is inserted into the burner port. The metal spheres are disposed in a layered and substantially uniform manner. The fuel supply gate is configured to supply the solid biomass fuel 10 from the fuel supply hopper 112 in the radial direction of the combustion unit 111 as uniformly as possible.
[0067]
Next, the operation of the solid biomass fuel gasifier shown in FIG. 1 will be described. In FIG. 1, before charging the solid biomass fuel 10, the metal sphere is preheated from 500 ° C. to 800 ° C. by the burner. Since the outer periphery of the combustion unit 111 is surrounded by the heat storage layer 113, the preheating layer (water vapor generation layer) 114, and the heat insulating material 115, the temperature inside the combustion unit 111 is easily maintained at a substantially constant level.
[0068]
The plurality of metal spheres are substantially uniformly heated because the combustion exhaust gas of the burner is discharged from below the grate through the gap between the metal spheres. After the burner is removed from the burner port, the burner port is closed.
[0069]
Thereafter, the solid biomass fuel 10 is supplied from the fuel supply hopper 112 to the combustion unit 111. After a predetermined amount of the solid biomass fuel 10 is supplied, a fuel supply gate (not shown) is closed. The solid biomass fuel 10 in the combustion unit 111 starts burning from an upper layer of a preheated metal sphere (not shown). The solid biomass fuel 10 is vaporized by the heat of the heat storage layer 113 provided so as to surround the outer periphery of the combustion section 111, and becomes water vapor, and the solid biomass fuel 10 is substantially vaporized at a substantially central portion of the combustion section 111. Air is ejected from the provided air ejection nozzle unit 116.
[0070]
The combustion layer (oxidized layer) of the solid biomass fuel 10 gradually moves upward by a heated metal sphere and heated steam (not shown). That is, the layer immediately above the metal sphere becomes a reducing layer, and the central layer near the air intake 123 becomes a combustion layer (oxidized layer). The upper layer of the combustion layer (oxidation layer) becomes a preheating layer (dry distillation layer). In addition, the tar component contained in the gas is burned while passing through the reducing layer, and becomes a reduced combustible gas.
[0071]
When the solid biomass fuel 10 of the combustion unit 111 is consumed and the fuel level is reduced, a level sensor (not shown) detects that the fuel level has reached a predetermined level, and based on this detection signal, the solid biomass fuel 10 is shown. No, the fuel supply is performed again by opening the fuel supply gate, and the generated gas is generated as described above.
[0072]
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a solid biomass fuel gasifier according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, in the solid biomass fuel gasifier, the same members as those shown in FIG. 10, which are the conventional example, are assigned the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. The first difference between the solid biomass fuel gasifiers shown in FIGS. 10 and 2 is that the air introducing means 251 includes a steam mixing means 262 for mixing steam with the introduced air.
[0073]
The second difference is that the air introduction means 251 includes an air preheating section 252 for preheating the introduced air at an outer peripheral portion of the gas generating furnace main body 21 and a steam generating section for heating injected water at a lower outer peripheral portion of the gas generating furnace main body 21. After mixing the preheated air and water vapor with the preheated air 252 a, the mixed gas is guided to the air jet nozzle part 253. And a pipe 253a. In FIG. 2, reference numeral 263a denotes a water injection valve, and 263b denotes a water discharge valve.
[0074]
Next, the operation of the air introduction system of the solid biomass fuel gasifier shown in FIG. 2 will be described. The suction fan 23 takes in air from the air introduction means 251.
The entrapped air is mixed with water injected from the water injection valve 263a while passing through the air preheating unit 252, is preheated by the heat conduction of the gas generating furnace main body 21, and finally becomes steam, and becomes air. It is ejected from the ejection nozzle portion 253.
[0075]
More specifically, a water injection valve 263a and a water discharge valve 263b are attached to the steam mixing means 262 communicating with the lower stage of the air preheating section 252. When the water injection valve 263a is opened, water is injected and stored in the steam generator 252a above the water discharge valve 263b. The water stored in the shape of a ring dish below the gas generating furnace main body 21 is heated by the heat conduction of the gas generating furnace main body 21 to become steam, and is mixed with the inflow air.
[0076]
The mixed air is introduced into the air ejection nozzle portion 253 through the air ejection pipe 253a, and is ejected from the tip of the air ejection nozzle portion 253 into the gas generating furnace main body 21. When stopping the mixing of the steam, the water discharge valve 263b is opened to discharge the water.
[0077]
Note that the steam mixing means 262 is not limited to the configuration including the ring-dish-shaped steam generating section, the water injection valve 263a, and the water discharge valve 263b as described above. For example, an ejector may be arranged near the water outlet of the water injection valve 263a below the air preheating unit 252, and the ejector may be mixed with the introduced air by a jetting action of water.
[0078]
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of an experimental result in which the effect of mixing steam with the solid biomass fuel gasifier of FIG. 2 has been confirmed. The graph shown in FIG. 3 shows the temperature transition after the mixing of water vapor is started when the temperature of the combustion layer is 1050 ° C. when the temperature transition is as shown in FIG. 9B. I have.
[0079]
According to the results shown in FIG. 3, after mixing the steam, the temperature of the combustion layer is reduced from 1050 ° C. to 850 ° C., and becomes almost stable. Also, due to the mixing of steam, the hydrogen in the generated gas of the wood-based fuel increased from 9.8% to 12.3%.
[0080]
Next, FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a solid biomass fuel gasifier according to a third embodiment of the present invention. 4, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. The difference between FIG. 4 and FIG. 2 is that in FIG. 4, the air introducing means 251 is provided with a generated gas mixing means 44a for mixing a part of the generated gas with the introduced air in order to lower the oxygen concentration of the introduced air. Is a point. Reference numeral 44 denotes a generated gas mixing valve, and reference numeral 46 denotes a suction fan.
[0081]
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of an experimental result confirming the effect when a part of the product gas generated by the solid biomass fuel gasifier in the third embodiment of the present invention is mixed. The graph shown in FIG. 5 shows the temperature transition of the combustion layer when a part of the generated gas is mixed by the generated gas mixing means 44a. The graph shown in FIG. 5 shows that after a part of the generated gas is mixed, the temperature drops from 930 ° C. to 840 ° C., which is almost stable.
[0082]
The solid biomass fuel gasifier shown in FIG. 4 can mix a part of the generated gas or at least one of the mixing of steam in order to reduce the oxygen concentration of the introduced air. Further, the solid biomass fuel gasifier can also adjust the mixing amount of generated gas or steam.
[0083]
FIG. 6 illustrates a fourth embodiment of the present invention, and illustrates an example in which a temperature detector is provided in a solid biomass fuel gasifier. In the solid biomass fuel gasifier shown in FIG. 6, like components are denoted by like reference numerals as in FIG. 4, and detailed description is omitted. The difference between the solid biomass fuel gasifier shown in FIGS. 4 and 6 is that, in FIG. 6, the solid biomass fuel temperature detector 261 provided at the center of the gas generating furnace main body 21 and the output value of the temperature detector 261 are shown. Is provided with a control device 61 that performs control to start mixing of water vapor and / or mixing of generated gas when reaches a predetermined upper limit.
[0084]
The control device 61 has a function of performing control to reduce the rotation speed of the suction fan 23 when the output value of the temperature detector 261 reaches a predetermined upper limit value. The solid biomass fuel gasifier shown in FIG. 6 performs at least one of control for lowering the oxygen concentration of the introduced air by mixing steam and / or mixed generated gas, or control for reducing the amount of introduced air. Control can be performed, thereby enabling continuous and stable combustion.
[0085]
FIGS. 7A to 7C are views for explaining different embodiments of the air ejection nozzle portion. In FIG. 7 (a), the cylindrical portion 70 at the axial end of the hollow cylindrical pipe has a plurality of holes 70a (shown by broken lines) for air circulation, and is concentric with the axis of the cylindrical portion 70. And a cap cylindrical member 72 which is provided so as to be detachable.
[0086]
The cap cylindrical member 72 has a plurality of holes 72a (shown by solid lines) for air circulation. Further, by making the diameter of the hole 72a shown by the solid line smaller than that of the hole 70a shown by the broken line, uniform distribution of the introduced air is achieved. For example, the diameter of the hole 70a is preferably 5 mm to 10 mm, and the diameter of the hole 72a is preferably 1 mm to 3 mm.
[0087]
Next, the embodiment shown in FIG. 7 (b) is an example of an internal water-cooled double-pipe structure, in which an air ejection pipe including an air ejection nozzle portion is a concentric double hollow including an inner pipe 70b and an outer pipe 70c. Introducing air (combustion air) through the hollow portion of the inner tube, and cooling water for cooling the air ejection nozzle portion is provided in the hollow portion between the outer tube 70c and the inner tube 70b. It is configured to flow. The embodiment shown in FIG. 7C is different from the embodiment shown in FIG. 7B in that the cap cylindrical member 72 is further provided.
[0088]
With the above configuration, it is possible to improve the life of the gas generating furnace main body 21 while suppressing an abnormal rise in the temperature of the air ejection nozzle portion 253, and to achieve uniform dispersion of the introduced air.
[0089]
As mentioned above, although the Example of this invention was described in full detail, this invention is not limited to the said Example. In addition, various design changes can be made in the present invention without departing from the matters described in the claims. For example, the present embodiment has been described with the solid biomass fuel gasifier, but other solid fuels can be gasified to generate product gas.
[0090]
As a material used for the heat storage layer, the preheating layer, the heat insulating layer, or the piping constituting the gas generating furnace main body and the cyclone of the present invention, any known or well-known material can be used. In particular, metal spheres or ceramic spheres can be used for the heat storage layer.
[0091]
【The invention's effect】
According to the present invention, a gas generating furnace main body, a means for introducing solid fuel provided in the gas generating furnace main body, an air introducing means having an air ejection nozzle provided in a central portion of the gas generating furnace main body, A grate provided at the lower part of the generator main body, a means for discharging generated gas provided below the grate, and a heat storage layer, a preheating layer (water vapor generation layer), or a heat insulation layer covering the outer periphery of the gas generator main body. By using the provided lower ventilation type gasifier, it is prevented from being exposed to an abnormally high temperature in the air ejection nozzle portion.
[0092]
According to the present invention, the heat storage layer, the preheating layer (steam generating layer), and the heat insulating layer can be combined to maintain the temperature of the combustion section in the gas generating furnace body uniformly and stably. The amount can be increased and a high quality product gas is generated.
[0093]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while a part of produced | generated gas is recirculated to a gas generating furnace main body, while stabilizing the temperature in a gas generating furnace main body, the furnace internal temperature can be reduced. Therefore, the life of the gas generating furnace main body can be extended.
[0094]
According to the present invention, by adopting the above configuration, it is possible to perform at least one of the control for lowering the oxygen concentration of the introduced air and the control for decreasing the introduced air amount, thereby improving the quality of the generated gas. did it.
[0095]
According to the present invention, by providing the temperature detector and the control device, the temperature in the gas generating furnace main body can be controlled to a predetermined temperature, so that the quality of generated gas can be improved and gas generation can be performed. The life of the furnace body or the air jet nozzle can be extended.
[0096]
According to the present invention, by providing a plurality of holes for air circulation, the combustion of the solid fuel does not concentrate at one place, but gradually spreads from the vicinity of the air ejection nozzle portion. Is not suddenly performed only in a part, and the temperatures of the combustion section and the air ejection nozzle are not excessively increased, so that the life of the gas generating furnace main body or the air ejection nozzle can be extended.
[0097]
According to the present invention, a detachable hollow cylindrical portion is provided in the air ejection nozzle portion to prevent solid fuel from entering the inside of the air ejection nozzle portion, and it is possible to protect the air ejection nozzle portion. It can be extended further.
[0098]
According to the present invention, the air ejection nozzle portion is provided with a plurality of holes for air circulation in the cylindrical portion at the axial end portion of the hollow cylindrical pipe, and further, the air ejection nozzle portion can be cooled. Therefore, the air ejection nozzle portion is not exposed to an abnormally high temperature, and stable combustion and generation of generated gas can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a solid biomass fuel gasifier according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a solid biomass fuel gasifier according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining an example of an experimental result in which the effect of mixing steam with the solid biomass fuel gasifier of FIG. 2 has been confirmed.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a solid biomass fuel gasifier according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of an experimental result confirming an effect when a part of product gas generated by a solid biomass fuel gasifier in a third embodiment of the present invention is mixed.
FIG. 6 is a view for explaining a fourth embodiment of the present invention, in which a solid biomass fuel gasifier is provided with a temperature detector.
FIGS. 7A to 7C are diagrams for explaining different embodiments of the air ejection nozzle portion.
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a solid biomass fuel gasifier that has solved the problems of the conventional example.
FIGS. 9A and 9B are diagrams for explaining a change in temperature of a combustion layer with respect to an elapsed time of the solid biomass fuel gasifier shown in FIG. 8;
10A and 10B are schematic diagrams illustrating a conventional solid biomass fuel gasifier, in which FIG. 10A is a diagram illustrating a fuel supply gate in FIG. 10A during a steady operation, and FIG. It is.
[Explanation of symbols]
10. Solid biomass fuel
11 ... Gas generating furnace body
111: Combustion unit
112 ・・・ hopper for fuel supply
113 ... thermal storage layer
1131 · · heat storage
114 ・・・ Preheating layer (steam generating layer)
115 ・・・ Heat insulation layer
116 ・・・ Air jet nozzle
1161 ··· Conduction tube
1162 ··· Hole (air outlet)
117 ... Product gas outlet pipe
118 ・・・ Water intake
119 ・・・ ash extraction outlet
12. Cyclone
121 ・・・ Air preheating layer
122 ... heat insulation layer
1211 ・・ Air introduction pipe
123 ・・・ Air inlet
13. Fan
14 ... Fan
15 ... Product gas outlet
16 ... Unburned fractionation outlet

Claims

A gas generator body,
Solid fuel introduction means provided on the upper part of the gas generating furnace main body,
Air introduction means having an air ejection nozzle portion provided at a substantially central portion of the gas generating furnace main body,
A grate provided at the lower part of the gas generating furnace main body,
Evolved gas exhaust means provided below the grate,
In the solid fuel gasifier composed of
The solid fuel gasifier according to claim 1, wherein the gas generating furnace main body includes a heat storage layer provided on an outer peripheral portion of the gas generating furnace main body, and includes a steam mixing means for mixing steam into the introduced air.

A gas generator body,
Solid fuel introduction means provided on the upper part of the gas generating furnace main body,
Air introduction means having an air ejection nozzle portion provided at a substantially central portion of the gas generating furnace main body,
A grate provided at the lower part of the gas generating furnace main body,
Evolved gas exhaust means provided below the grate,
Product gas purification means for purifying gas generated from the generated gas discharge means,
In the solid fuel gasifier composed of
The solid fuel gasifier according to claim 1, wherein the gas generating furnace main body includes a heat storage layer provided on an outer peripheral portion of the gas generating furnace main body, and includes a steam mixing means for mixing steam into the introduced air.

The solid fuel gasifier according to claim 1 or 2, wherein a preheating layer (steam generating layer) for generating steam is provided on an outer peripheral portion of the heat storage layer.

The solid fuel gasifier according to any one of claims 1 to 3, wherein a heat insulating layer is provided on an outer peripheral portion of the preheating layer (steam generating layer).

The solid fuel gasifier according to claim 2, wherein an air preheating layer is provided on an outer peripheral portion of the generated gas purifying means.

The solid fuel gasifier according to any one of claims 1 to 5, wherein a part of the generated gas is returned to a combustion section of the gas generating furnace main body together with steam to be recirculated. .

The air jet nozzle in the air jet nozzle section performs gasification such that the air is blown downward from a substantially central portion of the combustion section. Solid fuel gasifier.

A solid fuel temperature detector is provided at the center of the gas generating furnace main body, and when the output value of the temperature detector reaches a predetermined upper limit, mixing of the steam and / or mixing of the generated gas is started. The solid fuel gasification apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a control device that performs such control as described above.

The generated gas discharging means includes a generated gas suction fan, and when the temperature detected by the temperature detector reaches an upper limit, the control device reduces the rotation speed of the generated gas suction fan. The solid fuel gasifier according to any one of claims 1 to 8, further comprising a control device for performing such control.

The said air ejection nozzle part is provided with the some hole for air circulation in the cylindrical part in the axial direction front-end | tip part of a hollow cylindrical pipe, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Solid fuel gasifier.

The cylindrical portion provided with the plurality of holes includes a cap cylindrical member detachably provided concentrically with the axis of the cylindrical portion, and the cap cylindrical member includes a plurality of holes for air circulation. The solid fuel gasifier according to claim 10, wherein:

The solid fuel gasifier according to claim 11, wherein a hole diameter of the cap cylindrical member is smaller than a hole diameter of the cylindrical portion.

The hollow cylindrical pipe is a concentric double hollow pipe composed of an inner pipe and an outer pipe. The introduced air flows through the hollow section of the inner pipe, and the air jet is blown through the hollow section between the outer pipe and the inner pipe. 13. The solid fuel gasifier according to claim 12, wherein cooling water for cooling the nozzle portion is passed.

The cylindrical portion of the concentric double hollow pipe having the hole includes a cap cylindrical member detachably provided concentrically with the axis of the cylindrical portion, and the cap cylindrical member has a plurality of air circulation members. 14. The solid fuel gasifier according to claim 13, comprising holes.

On the fire grate, a fire-resistant ball laying layer in which a plurality of fire-resistant balls such as a plurality of metal balls or ceramic balls are disposed in a layered and substantially uniform manner, and a means for preheating the fire-resistant balls The solid fuel gasifier according to any one of claims 1 to 14, wherein: