JP2006342240A - バイオマス等のガス化装置及び燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】供給されるバイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量の変動を抑制して安定してガス化できるガス化装置を提供する。
【解決手段】バイオマスのガス化装置１は、異なる性状のバイオマスを性状毎に分散して貯留するための複数の貯留室１０ａ〜１０ｃと、貯留室１０ａ〜１０ｃからバイオマスを取出し混合してガス化炉に供給する混合供給装置２０と、混合供給装置２０から供給されたバイオマスをガス化するガス化炉３０とを備えているとともに、各貯留室１０ａ〜１０ｃ内に貯留されているバイオマスの発熱量を調整するための発熱量調整手段として、水を噴霧してバイオマスの含水率を高めて発熱量を低下させる水噴霧装置１１ａ〜１１ｃと、ガス利用装置４０から排出される排ガスを用いてバイオマスの含水率を下げて発熱量を上昇させる乾燥装置１２ａ〜１２ｃが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマス又は可燃性廃棄物を熱化学的にガス化するガス化装置及びバイオマス又は可燃性廃棄物を燃焼する燃焼装置に関する。

ここで、バイオマスとは、生物由来の有機資源をいい、例えば森林資源、海洋生物資源（魚介類、海藻）、農産物、畜産物そのもの、あるいはこれらを利用した後の有機性廃棄物（木屑、間伐材、籾殻、パーム空果房、パーム油残渣、建設発生木材等）をいう。

近年、バイオマス資源をエネルギーや工業原材料等に変換するバイオマス変換技術の開発が進んでいる。なかでも、バイオマスの熱化学的なガス化に関する開発が進んでおり（例えば、特許文献１参照）、そのガス化によって得られたバイオマスガスをガス燃料として用いて、ガスエンジン、ガスタービン、ボイラ・スチームタービンによる発電や、燃料電池に導入して行う発電に関する研究開発も行われている。

ただし、バイオマスをガス化炉でガス化する際に、バイオマスはその性状が種々異なるため発熱量の高いものもあれば、低いものもある。このためガス化炉に供給するバイオマスの発熱量が変動すると、ガス化炉の操業が不安定となり、所定の性状のガス化ガスが得られないことがある。

また、バイオマス資源を燃焼炉でそのまま燃焼し、その燃焼熱を利用する場合もあるが、その際にも、燃焼炉に供給するバイオマスの発熱量が変動すると、燃焼炉に付置されたボイラからの蒸気発生量を安定して確保できないという不具合がある。

さらに、バイオマスに替えて、都市ごみ、廃プラスチック、汚泥、産業廃棄物といった可燃性廃棄物について、ガス化炉でガス化して、得られたガスを利用したり、燃焼炉でそのまま燃焼して、得られた燃焼熱を利用したりすることもあるが、その場合も、ガス化炉や燃焼炉に供給する可燃性廃棄物の発熱量が変動すると、所定の性状のガス化ガスが得られないとか、ボイラからの蒸気発生量を安定して確保できないという不具合がある。

これに対して、可燃性廃棄物を燃焼する際に発熱量の急激な変動を少なくする技術として、特許文献２には、複数種類の可燃性廃棄物を混合して燃焼する際に、可燃性廃棄物を比較的多量に貯留することができる複数の室に分散させて貯留し、各室からそれぞれ可燃性廃棄物を取出し混合して燃焼するという技術が記載されている。
特開２００２−２８５１７１号公報 特開２００４−３１７０１２号公報

しかし、前記特許文献２に記載の技術を用いたとしても、供給される当初のバイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量が高すぎる場合や低すぎる場合には、それらを混合しても発熱量を調整できる限界がある。そして、ガス化炉あるいは燃焼炉に供給するバイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量が変動すると、ガス化炉あるいは燃焼炉の安定した操業が困難となり、安定したガス発生あるいは蒸気発生が困難となる。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、供給されるバイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量の変動を抑制して安定してガス化できるガス化装置を提供するものである。また、供給されるバイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量の変動を抑制して安定して燃焼できる燃焼装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］異なる性状のバイオマス又は可燃性廃棄物を性状毎に分散して貯留するための複数の貯留室と、
各貯留室内に貯留されているバイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量を調整する発熱量調整手段と、
バイオマス又は可燃性廃棄物をガス化するガス化炉と
を備えていることを特徴とするバイオマス等のガス化装置。

［２］前記発熱量調整手段は、
バイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量が所定範囲より高い場合に、水を噴霧してバイオマス又は可燃性廃棄物の含水率を高めて発熱量を低下させる水噴霧装置と、
バイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量が所定範囲より低い場合に、前記ガス化炉で得られたガスを利用するガス利用装置から排出される排ガスを用いてバイオマス又は可燃性廃棄物の含水率を下げて発熱量を上昇させる乾燥装置と
を備えていることを特徴とする前記［１］に記載のバイオマス等のガス化装置。

［３］異なる性状のバイオマス又は可燃性廃棄物を性状毎に分散して貯留するための複数の貯留室と、
各貯留室内に貯留されているバイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量を調整する発熱量調整手段と、
バイオマス又は可燃性廃棄物を燃焼する燃焼炉と
を備えていることを特徴とするバイオマス等の燃焼装置。

［４］前記発熱量調整手段は、
バイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量が所定範囲より高い場合に、水を噴霧してバイオマス又は可燃性廃棄物の含水率を高めて発熱量を低下させる水噴霧装置と、
バイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量が所定範囲より低い場合に、前記燃焼炉または前記燃焼炉で得られた燃焼熱を利用する燃焼熱利用装置から排出される排ガスを用いてバイオマス又は可燃性廃棄物の含水率を下げて発熱量を上昇させる乾燥装置と
を備えていることを特徴とする前記［３］に記載のバイオマス等の燃焼装置。

本発明においては、バイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量を調整する発熱量調整手段を備えているので、ガス化炉あるいは燃焼炉に供給するバイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量を常に適切に調整することができる。その結果、ガス化炉あるいは燃焼炉の安定した操業を行うことができ、安定したガス発生あるいは蒸気発生が可能となる。

本発明の実施の形態を以下に述べる。なお、ここでは、バイオマスをガス化するバイオマスのガス化装置を例にして説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るバイオマスのガス化装置の説明図である。

図１に示すように、この実施形態に係るバイオマスのガス化装置１は、異なる性状のバイオマスを性状毎に分散して貯留するための複数の貯留室（ここでは、３個の貯留室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）と、貯留室１０ａ〜１０ｃからバイオマスを取出し混合してガス化炉に供給する混合供給装置２０と、混合供給装置２０から供給されたバイオマスをガス化するガス化炉３０とを備えており、ガス化装置１の下流側には、ガス化炉３０でガス化されたバイオマスガスをガス燃料として利用するガス利用装置４０と、ガス利用装置４０からの排ガスを無害化処理する排ガス処理装置５０が接続している。

そして、この実施形態に係るバイオマスのガス化装置１においては、各貯留室内に貯留されているバイオマスの発熱量を調整するための発熱量調整手段として、貯留室内に設けられた水配管と噴霧ノズルによって水を噴霧してバイオマスの含水率を高めて発熱量を低下させる水噴霧装置と、ガス利用装置４０から排出される排ガスを用いてバイオマスの含水率を下げて発熱量を上昇させる乾燥装置が設けられている。すなわち、貯留室１０ａには水噴霧装置１１ａと乾燥装置１２ａが設けられ、貯留室１０ｂには水噴霧装置１１ｂと乾燥装置１２ｂが設けられ、貯留室１０ｃには水噴霧装置１１ｃと乾燥装置１２ｃが設けられている。

以下に、上記の各構成についてさらに詳細に説明する。

（１）貯留室
貯留室１０では、バイオマスの種類、産地、入手時期、形状等により性状が異なるバイオマスを性状毎に分散させて貯留室１０ａ〜１０ｃに貯留する。なお、各貯留室１０ａ〜１０ｃの形状や容量は限定されず、サイロやタンク等バイオマスの形状、状態に応じたものである。

（２）発熱量調整手段
まず、貯留室に貯留されたバイオマスの発熱量を予め把握しておくか、測定装置を用いて発熱量を測定する。ちなみに、バイオマスの発熱量を測定するには、熱分析を行うか、組成や、可燃分率、含水率、灰分率から発熱量を推定してもよい。

そして、貯留されたバイオマスの発熱量が所定範囲外である場合に、水噴霧装置１１ａ〜１１ｃと乾燥装置１２ａ〜１２ｃを用いてバイオマスの発熱量を調整する。

すなわち、貯留室１０ａ〜１０ｃに貯留されているいずれかのバイオマスの発熱量が所定範囲より高い場合には、対応する水噴霧装置１１ａ〜１１ｃから水を噴霧して、バイオマスの含水率を高めて発熱量を低くする。その際に、貯留室内にバイオマスを掻き起す機構を設けることで効率的にバイオマスの含水率を調整することができる。

一方、貯留室１０ａ〜１０ｃに貯留されているいずれかのバイオマスの発熱量が所定範囲より低い場合には、対応する乾燥装置１２ａ〜１２ｃを用いてバイオマスを乾燥し、バイオマスの含水率を低くして発熱量を高くする。その際に、貯留室内床面に散気管を設けたり、流動床を設けることで効率的にバイオマスを乾燥することができる。

なお、ここでは、乾燥装置１２ａ〜１２ｃは、ガス利用装置４０から排出される排ガスを直接バイオマスに接触させてバイオマスを乾燥する形式になっているが、排ガスとバイオマスとを間接的に接触させてバイオマスを乾燥する形式であってもよいし、バイオマスに他のガスを通気して、そのガスを排ガスと間接的に接触させて加熱し、加熱されたガスによってバイオマスを乾燥する形式であってもよい。その際、排ガスを貯留室で複数の細管に分岐して通過させることや、排ガスの配管を蛇行または螺旋状に設けて送気させることなどとしてもよい。

（３）混合供給装置
混合供給装置２０は、各貯留室内のバイオマスの発熱量が所定範囲（一次目標範囲）内に調整された後、複数の貯留室からそれぞれ性状の異なるバイオマスを取出し、混合して、ガス化炉３０に供給する。その際のバイオマスの混合比率は、混合されたバイオマスの発熱量が、ガス化炉３０に供給するのに適切な範囲（最終目標範囲）内となるように設定される。

なお、貯留室からバイオマスを取出す際には、貯留室からバイオマスを自重や回転スクリュー等によって取出し、ベルトコンベアや気流等によって搬送する。

また、取出されたバイオマスを混合する際には、ベルトコンベア上や気流搬送配管内で混合してもよいし、容器内で攪拌羽根やスクリュー等によって混合してもよい。

また、スクリューコンベアを用いて混合と搬送を同時に行ってもよい。

さらに、バケットクレーンにより貯留室からバイオマスをつかみ上げ、混合供給装置に供給後、バケットクレーンにて混合してもよい。

（４）ガス化炉
ガス化炉３０としては、その形式を限定するものではなく種々のものを利用でき、例えば、固定層、流動層、循環流動層、回転炉、移動層、噴流床、間接加熱ガス化炉及びこれらを組合せたもの等がある。バイオマスに水蒸気、空気、酸素等を供給しながら加熱し、熱分解や部分酸化等の熱化学反応によって水素、ＣＯ、炭化水素等のガスを発生させる。

（５）ガス利用装置
ガス利用装置４０は、バイオマスガスをガス燃料として利用する装置であり、例えば、ガスエンジン、ガスタービン、ボイラ、工業炉に用いるバーナ燃焼器又は燃料電池等が挙げられる。

上記のように構成されたバイオマスのガス化装置１を用いてバイオマスのガス化を行う手順は以下のようになる。なお、ここでは、３種類の性状が異なるバイオマス（バイオマスＡ、バイオマスＢ、バイオマスＣ）が供給されるものとする。

まず、バイオマスＡを貯留室１０ａに貯留し、バイオマスＢを貯留室１０ｂに貯留し、バイオマスＣを貯留室１０ｃに貯留する。

次に、貯留された各バイオマスの発熱量を測定し、その測定結果に基づいて、それぞれのバイオマスの発熱量が所定範囲（一次目標範囲）内となるように、水噴霧装置１１ａ〜１１ｃと乾燥装置１２ａ〜１２ｃを用いてバイオマスの発熱量を調整する。
例えば、バイオマスＡの発熱量は一次目標範囲内であるが、バイオマスＢの発熱量は一次目標範囲より高く、バイオマスＣの発熱量は一次目標範囲より低い場合には、水噴霧装置１１ｂを作動させてバイオマスＢの発熱量が一次目標範囲内になるようにするとともに、乾燥装置１２ｃを作動させてバイオマスＣの発熱量が一次目標範囲内になるようにする。

次に、混合供給装置２０が、バイオマスＡ、バイオマスＢ、バイオマスＣの内の２種類以上のバイオマスをそれぞれの貯留室から取出し、それらを混合して、ガス化炉３０に供給する。その際のバイオマスの混合比率は、混合されたバイオマスの発熱量が、ガス化炉３０に供給するのに適切な範囲（最終目標範囲）内となるように設定される。

次に、ガス化炉３０において、混合供給装置２０から供給されたバイオマスをガス化する。

そして、ガス化炉３０でガス化されたバイオマスガスは、ガスエンジン等のガス利用装置４０に供給されて利用される。なお、ガス利用装置４０からの排ガスは、排ガス処理装置５０によって無害化処理されるとともに、一部は乾燥装置１２ａ〜１２ｃに供給される。

上記のようにして、この実施形態においては、水噴霧装置１１ａ〜１１ｃと乾燥装置１２ａ〜１２ｃを用いて、それぞれのバイオマスの発熱量を一次目標範囲内になるように一次調整した後、それらのバイオマスを混合して、混合したバイオマスの発熱量が最終目標範囲内になるように最終調整してから、ガス化炉３０に供給するようにしているので、ガス化炉３０に供給するバイオマスの発熱量を常に適切に調整することができる。その結果、ガス化炉３０の安定した操業を行うことができ、安定したガス発生が可能となる。

すなわち、前記特許文献２に記載の技術のように、貯留されている複数種類のバイオマスを単に混合するだけで発熱量を調整しようとしても、当初のバイオマスの発熱量が高すぎる場合や低すぎる場合には、発熱量を調整できる限界があるのに比べて、この実施形態においては、貯留されている複数種類のバイオマスの発熱量を一次目標範囲内に一次調整した後、それらを混合して発熱量を最終目標範囲内となるように最終調整しているので、たとえ、当初のバイオマスの発熱量が高すぎる場合や低すぎる場合でも、ガス化炉に供給するバイオマスの発熱量を常に適切に調整することができる。

なお、一次調整によってそれぞれのバイオマスの発熱量を最終目標範囲内に調整できる場合には、それぞれ最終目標範囲内に調整されたバイオマスを混合せずに直接ガス化炉に順次供給するようにしてもよい。

以上のように、上記の実施形態では、バイオマスをガス化するガス化装置について記述したが、本発明の他の実施形態として、バイオマスを燃焼する燃焼装置についても、同様の構成とすることによって、同様の効果を得ることができる。

すなわち、図２に示すように、本発明の他の実施形態に係るバイオマスの燃焼装置２は、図１のバイオマスのガス化装置１におけるガス化炉３０を燃焼炉３１に置き換え、ガス利用装置４０を燃焼熱利用装置４１（例えば、廃熱回収ボイラ）に置き換えたものである。

このような構成とすることによって、燃焼炉３１に供給するバイオマスの発熱量を常に適切に調整することができる。その結果、燃焼炉３１の安定した操業を行うことができ、廃熱回収ボイラからの安定した蒸気発生が可能となる。

なお、図２においては、燃焼熱利用装置４１から排出される排ガスの一部を乾燥装置１２ａ〜１２ｃに供給しているが、燃焼炉３１から排出される排ガスの一部を乾燥装置１２ａ〜１２ｃに供給するようにしてもよい。

さらに、上記のガス化装置１及び燃焼装置２については、バイオマスに代えて、都市ごみ、廃プラスチック、汚泥、産業廃棄物等の可燃性廃棄物を用いる場合にも適用することができる。

本発明の一実施形態の説明図である。 本発明の他の実施形態の説明図である。

符号の説明

１ バイオマスのガス化装置
２ バイオマスの燃焼装置
１０ａ〜１０ｃ 貯留室
１１ａ〜１０ｃ 水噴霧装置
１２ａ〜１２ｃ 乾燥装置
２０ 混合供給装置
３０ ガス化炉
３１ 燃焼炉
４０ ガス利用装置
４１ 燃焼熱利用装置
５０ 排ガス処理装置

Claims (4)

1. 異なる性状のバイオマス又は可燃性廃棄物を性状毎に分散して貯留するための複数の貯留室と、
   各貯留室内に貯留されているバイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量を調整する発熱量調整手段と、
   バイオマス又は可燃性廃棄物をガス化するガス化炉と
   を備えていることを特徴とするバイオマス等のガス化装置。
2. 前記発熱量調整手段は、
   バイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量が所定範囲より高い場合に、水を噴霧してバイオマス又は可燃性廃棄物の含水率を高めて発熱量を低下させる水噴霧装置と、
   バイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量が所定範囲より低い場合に、前記ガス化炉で得られたガスを利用するガス利用装置から排出される排ガスを用いてバイオマス又は可燃性廃棄物の含水率を下げて発熱量を上昇させる乾燥装置と
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス等のガス化装置。
3. 異なる性状のバイオマス又は可燃性廃棄物を性状毎に分散して貯留するための複数の貯留室と、
   各貯留室内に貯留されているバイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量を調整する発熱量調整手段と、
   バイオマス又は可燃性廃棄物を燃焼する燃焼炉と
   を備えていることを特徴とするバイオマス等の燃焼装置。
4. 前記発熱量調整手段は、
   バイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量が所定範囲より高い場合に、水を噴霧してバイオマス又は可燃性廃棄物の含水率を高めて発熱量を低下させる水噴霧装置と、
   バイオマス又は可燃性廃棄物の発熱量が所定範囲より低い場合に、前記燃焼炉または前記燃焼炉で得られた燃焼熱を利用する燃焼熱利用装置から排出される排ガスを用いてバイオマス又は可燃性廃棄物の含水率を下げて発熱量を上昇させる乾燥装置と
   を備えていることを特徴とする請求項３に記載のバイオマス等の燃焼装置。

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