JP2005298675A - ガス化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置費用の低減とエネルギー効率の向上とを図る。
【解決手段】 伝熱粒子を加熱して排出する粒子加熱手段と、該粒子加熱手段で加熱された伝熱粒子を上部から取り込んで降下させると共に途中部位にガス回収口が設けられたダウンカマーと、該ダウンカマーにおいてガス回収口より下方の部位に原料を供給する原料供給装置と、ダウンカマーの下端から上方に向けて水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固形可燃物をガス化するガス化装置に関する。

例えば特開２００３−１７６４８６号公報には、ガス化装置の一例としてガス化室と捕集装置と燃焼室とから成る統合型循環流動床ガス化炉が開示されている。この統合型循環流動床ガス化炉は、ガス化室において飛散粒子の熱を用いて原料をガス化し、捕集装置において飛散粒子と可燃ガスとを分離すると共に飛散粒子を捕集し、燃焼室において飛散粒子に含まれるチャー等の可燃分の燃焼を行うことにより飛散粒子を加熱し、この加熱された飛散粒子を熱源としてガス化室に供給するものである。
特開２００３−１７６４８６号公報

ところで、上記統合型循環流動床ガス化炉は、ガス化室及び燃焼室が流動層を備える設備として構成されているため、装置費用が掛かるという問題がある。また、飛散粒子を十分な流速で流動化させるために空気、酸素及び水蒸気を流動層に供給する必要があるので、飛散粒子の流動化に動力（電力）を必要とし、よってエネルギー効率が低いという問題点もある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ガス化装置における装置費用の低減とエネルギー効率の向上とを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、伝熱粒子を加熱して排出する粒子加熱手段と、該粒子加熱手段で加熱された伝熱粒子を上部から取り込んで降下させると共に途中部位にガス回収口が設けられたダウンカマーと、該ダウンカマーにおいてガス回収口より下方の部位に原料を供給する原料供給装置と、ダウンカマーの下端から上方に向けて水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを具備する、という解決手段を採用する。

本発明によれば、粒子加熱手段によって高温加熱された伝熱粒子が降下すると共に加熱水蒸気が上昇するダウンカマー内の途中部位にガス化対象である原料を供給することにより、原料は伝熱粒子の熱によってガス化し、このガスと水蒸気との反応によりガスが改質されてガス回収口から排出される。すなわち、本発明によれば、従来のような流動層を有するガス化室を用いることなく原料をガス化及び水蒸気による改質が可能となるので、装置費用の低減とエネルギー効率の向上とを図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るガス化装置のシステム構成を示す概念図である。この図１において、符号１は燃焼室（粒子加熱手段）、２はサイクロン（ベッド材回収手段）、３はベッド材貯留部、４はダウンカマー、５は原料供給装置、６は帰還管路、７はゲート弁、８は伝熱部、９は給水ポンプ、１０は節炭器、１１は蒸気ドラム、１２は過熱器、１３は押込ファン、１４は予熱器、Ｘはベッド材（伝熱粒子）、またＹは原料である。

燃焼室１は、図示するように垂直姿勢で固定された筒状体であり、下部に流動空気によってベッド材Ｘが流動する流動層を有し、該流動層上でベッド材Ｘが飛散する雰囲気下で外部から投入される燃料を燃焼させ、ベッド材Ｘを含む排出物を上部から排出するものである。上記ベッド材Ｘは、砂あるいは粒状触媒（例えばドロマイト）のいずれか一方あるいは両者の混合物である。なお、上記粒状触媒は、水蒸気がダウンカマー４内で発生するタール成分を軽質化する効果を促進させるためのものである。

上記ベッド材Ｘから成る流動層は、燃焼室１の下部に密集するベッド材Ｘに燃焼室１の下端部から上方に向けて流動空気を噴射することによって形成される。また、このような流動空気の噴射によって、ベッド材Ｘの一部は流動層上に飛散し、燃焼ガスと共に順次上方に移動して燃焼室１の上部から排出される。なお、より厳密には、燃焼室１の上部からは灰などの燃焼残渣も燃焼ガス及びベッド材Ｘと共に排出される。

すなわち、サイクロン２には、燃焼室１内に飛散するベッド材Ｘ、燃焼室１内に投入された燃料が返照することによって発生した燃焼ガス及び燃料の燃焼による燃焼残渣から成る燃焼室１の排出物が供給される。サイクロン２は、このような排出物の中から固形成分であるベッド材及び燃焼残渣を分離・回収する。なお、排出物に含まれる気体成分である燃焼ガスは、サイクロン２によって固形成分から分離されて伝熱部９に供給される。

ベッド材貯留部３は、上記サイクロン２の下方に位置し、当該サイクロン２によって分離・回収されたベッド材Ｘを一時的に貯留するものである。ダウンカマー４は、垂直姿勢で固定された管路であり、上端部が上記ベッド材貯留部３の下端に連通すると共に下端部が帰還管路７を介して燃焼室１の下端部に連通している。また、このダウンカマー４には途中部位にガス回収口４ａが設けられる一方、下端部から加熱水蒸気が上方に向けて噴射される。すなわち、ダウンカマー４では、ベッド材貯留部３から排出されたベッド材Ｘが加熱水蒸気の噴射方向とは逆向きつまり上方から下方に向けて順次降下する。

原料供給装置５は、上記ダウンカマー４においてガス回収口４ａより下方の部位に原料Ｙを供給するものである。この原料Ｙは、気化することによって可燃ガスを発生するものであり、例えば都市ごみ、産業廃棄物、汚泥、農業廃棄物等の各種廃棄物、石炭等の固形燃料あるいはバイオマスである。帰還管路６は、図示するように傾斜姿勢で固定された管路であり、上側端部がダウンカマー４の下端部に連通し、下側端部が燃焼室１の下端部に連通している。このような帰還管路６は、ダウンカマー４内を降下したベッド材Ｘを燃焼室１に戻すために設けられている。ゲート弁７は、上記帰還管路６の途中部位に設けられており、ダウンカマー４から燃焼室１に戻されるベッド材Ｘの量を調節する。

伝熱部８は、サイクロン２に連通する筒状体であり、サイクロン２から排出された燃焼ガスが通過する。この伝熱部８内には、図示するように節炭器１０、過熱器１２及び予熱器１４が設けられている。給水ポンプ９は、節炭器１０に水を供給するポンプである。節炭器１０は、給水ポンプ９から給水された水が流れる細管であり、燃焼ガスとの熱交換によって水を加熱して蒸気ドラム１１に供給する。蒸気ドラム１１は、節炭器１０から供給された水（温水）と水蒸気との混合水を温水と水蒸気（飽和水蒸気）とに分離するものであり、飽和水蒸気を過熱器１２に供給すると共に、温水を燃焼室１の壁面に設けられた炉壁管に供給する。

過熱器１２は、蒸気ドラム１１から供給された飽和水蒸気が流れる細管であり、燃焼ガスとの熱交換によって飽和水蒸気を加熱して加熱水蒸気を生成し、当該加熱水蒸気をダウンカマー４の下端部に供給する。上記給水ポンプ９、節炭器１０、蒸気ドラム１１及び過熱器１２は、本実施形態における水蒸気供給手段を構成している。

押込ファン１３は、外気（空気）を取り込んで予熱器１４に供給するファンである。予熱器１４は、押込ファン１３から供給された空気を燃焼ガスとの熱交換によって予熱することによって流動空気を生成して燃焼室１の下端部に供給する。このような押込ファン１３及び予熱器１４は、本実施形態における流動空気供給手段を構成しており、燃焼室１の下端部に流動空気を供給することによってベッド材を流動化させるものである。

次に、このように構成されたガス化装置の要部動作について詳しく説明する。
本ガス化装置の燃焼室１では、上記ベッド材Ｘから成る流動層は、燃焼室１の下部に流動空気供給手段から流動空気を噴射することによって、ベッド材Ｘが流動化して流動層が形成されると共にベッド材Ｘの一部が流動層状に飛散する状体となる。そして、ベッド材Ｘは、ベッド材Ｘの飛散雰囲気下で外部から投下された燃料が燃焼することにより燃焼によって発生した燃焼ガス及び燃焼残渣と共に燃焼室１内を上昇して上部からサイクロン２に向けて排出される。

ここで、燃焼室１からサイクロン２に供給されるベッド材Ｘは、燃焼室１における燃焼によって高温に加熱された状態になっている。このような高温状態のベッド材Ｘは、サイクロン２によって分離・回収されてベッド材貯留部３に一時貯留された後、ベッド材貯留部３の下端からダウンカマー４内に落下し、当該ダウンカマー４内を下方に向けて順次降下する。

ここで、ダウンカマー４内には上記ベッド材Ｘの降下方向とは逆の向きつまり下端部から上方に向けて加熱水蒸気が噴射されており、したがってベッド材Ｘは加熱水蒸気による押上げ力を受けながらダウンカマー４内を降下する。そして、内部雰囲気が高温のベッド材Ｘと加熱水蒸気とが混在する雰囲気下となっているダウンカマー４の途中部位に原料Ｙが供給されることにより、ダウンカマー４内では以下のような反応現象が発生する。

すなわち、ベッド材Ｘはダウンカマー４内を降下する過程で加熱水蒸気や他の生成ガスとの熱交換によって徐々に冷却されるが、原料Ｙの供給部位Ａよりも下の領域Ｂでは、主に加熱水蒸気がベッド材Ｘとの熱交換によって加熱されて上昇する。そして、原料Ｙの供給部位Ａでは、このようにベッド材Ｘによって加熱された加熱水蒸気と原料Ｙとがベッド材Ｘの熱によって反応し熱分解ガスが発生する。

さらに、原料Ｙの供給部位Ａよりも上の領域Ｃでは、上記熱分解ガスに含まれるタール成分がベッド材Ｘの熱によって軽質ガスに転換される。なお、ベッド材Ｘに粒状触媒が含まれている場合には、粒状触媒の作用によって水蒸気によるタール成分の軽質化が促進される。このようにして原料Ｙがベッド材Ｘの熱によって分解・生成された可燃ガスは、ダウンカマー４内を上方に流れる加熱水蒸気によって押し上げられて領域Ｃの上方に位置するガス回収口４ａから外部に排出され回収される。

一方、ダウンカマー４内を下端部まで降下したベッド材Ｘは、帰還管路６を介して燃焼室１の下端の流動層に戻される。この流動層に戻されるベッド材Ｘにはサイクロン２においてベッド材Ｘと共に回収された燃焼残渣が含まれており、この燃焼残渣は燃焼室１内にて燃焼される。

本実施形態によれば、燃焼室１において高温加熱されたベッド材Ｘが降下すると共に加熱水蒸気が上昇するダウンカマー４内の途中部位にガス化対象である原料Ｙを供給することにより、原料Ｙはベッド材Ｘの熱によってガス化して可燃ガスに変換される。すなわち、本実施形態によれば、従来のような流動層を有するガス化室を用いることなく原料Ｙをガス化することができるので、装置費用の低減とエネルギー効率の向上とを図ることができる。

本発明の一実施形態に係わるガス化装置のシステム構成を示す概念図である。

符号の説明

１…燃焼室（粒子加熱手段）、２…サイクロン（ベッド材回収手段）、３…ベッド材貯留部、４…ダウンカマー、５…原料供給装置、６…帰還管路、７…ゲート弁、８…伝熱部、９…給水ポンプ、１０…節炭器、１１…蒸気ドラム、１２…過熱器、１３…押込ファン、１４…予熱器、Ｘ…ベッド材（伝熱粒子）、Ｙ…原料

Claims (7)

1. 伝熱粒子を加熱して排出する粒子加熱手段と、
   該粒子加熱手段で加熱された伝熱粒子を上部から取り込んで降下させると共に途中部位にガス回収口が設けられたダウンカマーと、
   該ダウンカマーにおいて前記ガス回収口より下方の部位に原料を供給する原料供給装置と、
   前記ダウンカマーの下端から上方に向けて水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
   を具備することを特徴とするガス化装置。
2. 粒子加熱手段は、下部に供給された流動空気によって伝熱粒子であるベッド材が流動する流動層を有し、該流動層上で前記ベッド材の飛散雰囲気下で燃料を燃焼させることによってベッド材を加熱して当該ベッド材を含む排出物を上部から排出する燃焼室であり、
   前記燃焼室の下部に前記流動空気を供給する流動空気供給手段と、
   該燃焼室の上部から排出される排出物の中からベッド材を分離・回収してダウンカマーに供給するベッド材回収手段と、
   前記ダウンカマーの下端からベッド材を燃焼室の下部に戻すベッド材帰還手段と
   をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のガス化装置。
3. 伝熱粒子は、砂あるいはダウンカマーにおけるガス化を促進する粒状触媒のいずれか一方あるいは混合物であることを特徴とする請求項１または２記載のガス化装置。
4. 粒状触媒はドロマイトであることを特徴とする請求項３記載のガス化装置。
5. 水蒸気供給手段は、ベッド材回収手段から排出された燃焼ガスの熱を用いて飽和水蒸気を加熱してダウンカマーの下端に供給することを特徴とする請求項２〜４いずれかに記載のガス化装置。
6. 流動空気供給手段は、ベッド材回収手段から排出された燃焼ガスの熱を用いて空気を予熱することにより流動空気を生成することを特徴とする請求項２〜５いずれかに記載のガス化装置。
7. ベッド材回収手段はサイクロンであることを特徴とする請求項２〜６いずれかに記載のガス化装置。
   
   

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