JP2007112873A - ガス化燃料のガス化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特に固定炭素分を多く含む高燃料比燃料をガス化する際の可燃性固形分のガス化効率を向上する。
【解決手段】媒体分離装置９で分離した流動媒体１０を導入する媒体流下管１１とガス化燃料１２を導入する燃料供給口２１とをガス化炉２内部の一側に配置し、ガス化炉２内部の可燃性固形分１８と流動媒体１０とを燃焼炉１に供給する固形分供給口１９をガス化炉２の他側に配置し、ガス化炉２内部の一側と他側との間に鉛直な仕切板２２を配置し、ガス化炉２内部の一側から他側に向けて上下で曲折するジグザグ状の湾曲流路２３を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガス化燃料のガス化方法及び装置に関し、特に、高燃料比燃料のガス化が効果的に行えるようにしたガス化燃料のガス化方法及び装置に関するものである。

従来から、石炭等の固体燃料や有機性廃棄物等を燃料として分解生成ガスを発生させる流動床ガス化炉が種々提案されている。このような流動床ガス化炉の１つに統合型ガス化炉と呼ばれるものがあり、該統合型ガス化炉は、夫々の下部に流動化ガスを供給して流動層を形成するガス化室とチャー燃焼室が、下端に開口部を有する一枚の仕切壁で仕切られ、全体として一体に構成されている。そして、ガス化室とチャー燃焼室との間を仕切壁の開口部を通して流動媒体が循環し、チャー（可燃性固形分）を流動媒体に同伴してガス化室からチャー燃焼室へ、またチャー燃焼室でチャー（可燃性固形分）の燃焼により加熱された流動媒体をチャー燃焼室からガス化室へ移動させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１９６８３１号公報

特許文献１に示す装置では、ガス化室とチャー燃焼室とが一枚の仕切壁を介して横並びに配置され、ガス化室で生成した可燃性固形分の一部を開口部から燃焼室に導いて燃焼させるようにしているが、ガス化室からチャー燃焼室への可燃性固形分の移動は成り行きまかせであるため非常に不安定になる問題があり、このために、特許文献１では流動化ガスの空塔速度の強流動化域と弱流動化域を設けて可燃性固形分の流動を調節している。しかし、このように空塔速度を調節しても、ガス化室でガス化が十分に行われた可燃性固形分のみを効果的にチャー燃焼室へ供給することは不可能であり、可燃性固形分の一部は十分にガス化されないままチャー燃焼室に供給される（即ち、パスする）ことになる。このため、ガス化燃料が特に固定炭素分を多く含んだ石炭等の高燃料比燃料、或いは固定炭素分を多く含んだ高燃料比原料が混在した燃料（例えば有機性廃棄物や混合燃料）の場合には、高燃料比燃料から生成される可燃性固形分のみを有効にガス化室に止めてガス化を促進させることができないために、高いガス化効率が得られないという問題がある。

本発明は、上記従来の課題を解決しようとしてなしたもので、特に固定炭素分を多く含む高燃料比燃料をガス化する際の可燃性固形分のガス化効率を向上できるようにしたガス化燃料のガス化方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明は、燃焼炉の排ガスを媒体分離装置に導いて流動媒体を分離し、分離した流動媒体とガス化燃料とをガス化炉に供給して蒸気による流動層によりガス化燃料をガス化して可燃性ガスを取出し、前記ガス化によりガス化炉内部に生じた可燃性固形分と流動媒体とを前記燃焼炉に供給して空気による流動層により前記可燃性固形分の燃焼を行うガス化燃料のガス化方法であって、前記媒体分離装置で分離した流動媒体とガス化燃料は前記ガス化炉内部の一側に供給し、且つ前記ガス化炉内部の可燃性固形分と流動媒体は前記ガス化炉の他側に設けた固形分供給口から前記燃焼炉に供給し、前記ガス化炉内部の一側と他側との間に仕切板により上下で曲折するジグザグ状の湾曲流路を形成し、ガス化炉内の一側に供給したガス化燃料と流動媒体を前記湾曲流路に沿って移動させながらガス化して他側の固形分供給口に供給することを特徴とするガス化燃料のガス化方法、に係るものである。

上記ガス化燃料のガス化方法において、前記ガス化燃料は高燃料比燃料であってもよい。

上記ガス化燃料のガス化方法において、前記ガス化燃料は有機性廃棄物であってもよい。

上記ガス化燃料のガス化方法において、前記ガス化燃料は高燃料比燃料と有機性廃棄物の混合物であってもよい。

本発明は、燃焼炉の排ガスから流動媒体を分離する媒体分離装置と、
該媒体分離装置で分離した流動媒体を媒体流下管により導入すると共に燃料供給口によりガス化燃料を導入し、蒸気による流動層によりガス化燃料をガス化して可燃性ガスを取り出すガス化炉と、
ガス化炉でガス化した残りの可燃性固形分と流動媒体とを前記燃焼炉に供給する固形分供給口と、
該固形分供給口からの可燃性固形分と流動媒体を導入して空気による流動層により可燃性固形分を燃焼する前記燃焼炉と、を備えたガス化燃料のガス化装置であって、
前記媒体分離装置で分離した流動媒体を導入する媒体流下管とガス化燃料を導入する燃料供給口とを前記ガス化炉の一側に配置し、
前記ガス化炉内部の可燃性固形分と流動媒体とを前記燃焼炉に供給する固形分供給口を前記ガス化炉の他側に配置し、
前記ガス化炉内部の一側と他側との間に鉛直な仕切板を配置し、ガス化炉内部の一側から他側に向けて上下で曲折するジグザグ状の湾曲流路を形成した
ことを特徴とするガス化燃料のガス化装置、に係るものである。

上記ガス化燃料のガス化装置において、前記仕切板は、下端がガス化炉底面に固定された下部仕切板と、下端とガス化炉底面との間に連通間隔が形成された上部仕切板とを交互に複数配置してもよい。

上記ガス化燃料のガス化装置において、前記ジグザク状の湾曲流路における他側部は、可燃性固形分と流動媒体が上昇して固形分供給口に導入される上昇流を形成してもよい。

上記ガス化燃料のガス化装置において、前記仕切板は相互間隔が調整できるようにしてもよい。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

上記本発明のガス化燃料のガス化方法及び装置では、ガス化炉に供給するガス化燃料は、ガス化炉内部の流動層によりガス化されて可燃性ガスと可燃性固形分を生成し、可燃性ガスは発電などの利用のために外部に取り出される。この時、ガス化炉の一側と他側との間に、鉛直な仕切板を所要の間隔で複数配置してガス化炉内部の一側から他側に向けて上下で曲折したジグザグ状の湾曲流路を形成しているので、前記ガス化炉内部でのガス化により生成した可燃性固形分は、全て湾曲流路を通り一側から他側に向かって流動することになるため、前記可燃性固形分は固形分供給口に流入するまでの間に均一且つ十分にガス化されるようになる。

本発明の請求項１〜８記載のガス化燃料のガス化方法及び装置によれば、ガス化炉の一側と他側との間に、鉛直な仕切板を所要の間隔で複数配置してガス化炉内部の一側から他側に向けて上下で曲折したジグザグ状の湾曲流路を形成しているので、前記ガス化炉内部で生成した可燃性固形分が、全て湾曲流路を通り一側から他側に向かって流動することになる。

このため、ガス化燃料として、高燃料比燃料、又は有機性廃棄物を単独で用いても、或いは高燃料比燃料と有機性廃棄物の混合物を用いても、ガス化燃料のガス化によって生成する全ての可燃性固形分が確実に湾曲流路に沿って流動するようになり、従って、比重の大きい可燃性固形分がガス化炉内部に片寄って貯留したり、その貯留によって新たに生成する比重の大きい可燃性固形分が十分にガス化されることなく固形分供給口に流入するといった問題を防止でき、特に高燃料比燃料による比重の大きい可燃性固形分のガス化効率を大幅に高めることができ、よって、可燃性ガスの生成効率（生産性）を大幅に高められる優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

前記特許文献１が有する問題点を解決するために、本出願人が先に出願した特願２００４−３２４７９０の外部循環方式の燃焼装置を用いてガス化燃料をガス化する研究を進め、その際生じた課題を有効に解決する方法を開発したことによって本発明を完成した。

図３は、上記特願２００４−３２４７９０の燃焼装置を用いてガス化燃料から有用な可燃性ガスを生成するようにしたガス化装置の概要を示したものであり、このガス化装置は、主に可燃性固形分の燃焼を行う燃焼炉１と、主にガス化燃料のガス化を行うガス化炉２とから構成される。前記燃焼炉１の下部には、空気３と都市ガス、灯油、重油等の起動用燃料４が供給されて砂等の流動媒体とバブリングしながら混合燃焼する流動層５が形成され、更に燃焼炉１内の流動層５の上部には高温のフリーボード６が形成されている。このとき、図３では散気板７を介して燃焼炉１内に空気３を吹込んで流動層５を形成する場合を示しているが、従来から実施されている散気ノズルを用いて燃焼炉１内に空気３を吹込んで流動層５を形成するようにしてもよい。なお、起動用燃料４は後述するガス化燃料１２の供給と共に、その供給量を減少し、いずれ供給を停止させる。

前記燃焼炉１の上部には排ガス管８が接続されており、該排ガス管８で導出した排ガスは、媒体分離装置９（ホットサイクロン）に導かれて排ガス中の流動媒体１０を分離するようにしてあり、媒体分離装置９で分離した流動媒体１０は媒体流下管１１により前記ガス化炉２に供給されるようになっている。

前記ガス化炉２の上部にはガス化燃料１２の燃料供給口１３が設けてあり、該燃料供給口１３からは、石炭、コークス等の固定炭素分を多く含む燃料（以下では、高燃料比燃料という）、種々の廃棄物や汚泥等の有機性廃棄物、或いはそれらの混合物からなるガス化燃料を供給するようにしている。また、前記ガス化炉の下部には蒸気１４が供給されており、前記蒸気１４と高温の流動媒体１０とガス化燃料１２とがバブリングして流動層１５を形成するようしてあり、前記高温の流動媒体１０により前記ガス化燃料１２がガス化されるようになっている。このとき、図３では散気板７ａを介してガス化炉２内に蒸気１４を吹込んで流動層１５を形成する場合を示しているが、従来から実施されている散気ノズルを用いてガス化炉２内に蒸気１４を吹込んで流動層１５を形成するようにしてもよい。

上記ガス化燃料１２がガス化されて生成した可燃性ガス１６は、ガス化炉２の上部に設けた取出口１７から取り出すようにしている。上記可燃性ガス１６は、発電用タービン等の利用系装置に供給される。

また、前記ガス化燃料１２のガス化によってガス化炉２内に生成した可燃性固形分１８は、前記媒体流下管１１から次々に供給されてくる流動媒体１０によって図３の右側から左側へ向けて順次押されて移動し、ガス化炉２の左側端部の高さ方向中間部位置から下り勾配を有して燃焼炉１に接続された固形分供給口１９を介して、可燃性固形分１８と流動媒体１０は混合した状態で前記燃焼炉１に供給される。

上記ガス化装置では、前記燃料供給口１３からガス化炉２に供給されたガス化燃料１２が前記高温の流動媒体１０により加熱され更に蒸気１４との接触によって水性ガス化反応［Ｃ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ］が起こり、ＣＯやＨ₂等の可燃性ガス１６を生成すると共に、可燃性固形分１８を生成する。生成した可燃性ガス１６は、ガス化炉２の取出口１７から図示しない発電用タービン等の利用系装置に供給される。

一方、ガス化炉２内部に生成した可燃性固形分１８は、前記媒体流下管１１から次々に供給されてくる流動媒体１０によって図３の一側（右側）から他側（左側）に向かって流動し、ガス化炉２の左側端部に備えた固形分供給口１９から流動媒体１０と共に燃焼炉１に供給され、可燃性固形分１８が流動層５で燃焼することによって燃焼炉１内の燃焼ガス及び流動媒体を昇温する。また、前記媒体分離装置９で分離された排ガス２０は、図示しないボイラ等の排熱回収装置及び排ガス処理装置等を経て大気に排気される。

上記ガス化装置において、ガス化炉２に供給されるガス化燃料１２が、有機性廃棄物等のように固定炭素分の含有量が比較的少なく揮発分が多い燃料（低燃料比燃料）の場合には、ガス化が進行し易く、更にガス化によって生成される可燃性固形分１８ｂの比重も比較的小さいことから、この比重が軽い可燃性固形分１８ｂは、流動層１５の比較的上層部分を破線矢印で示すように流動し比較的短時間でガス化されて固形分供給口１９に流入する。

一方、ガス化炉２に供給される燃料が、石炭、コークス等の固定炭素分の含有量が多い燃料（高燃料比燃料）である場合、或いは固定炭素分を多く含んだ高燃料比原料が混在した燃料（例えば有機性廃棄物や混合燃料）の場合には、高燃料比燃料のガス化によって生じる可燃性固形分は比重が大きいことから、この比重の大きい可燃性固形分１８ａはガス化炉２の底部に貯留される傾向になり、更に前記したように流動媒体１０が一側から他側の固形分供給口１９に向かって流動する作用によって、比重の大きい可燃性固形分１８ａは固形分供給口１９側の底部に片寄って貯留するようになる。

このため、ガス化炉２内部に高燃料比燃料を供給して新たに生成した比重の大きい可燃性固形分１８ａは、実線矢印で示すように前記貯留した可燃性固形分１８ｂの上側を通って固形分供給口１９に流入する傾向が生じ、このために比重の大きい可燃性固形分１８ａが十分にガス化されないまま燃焼炉１に供給されてしまい、高燃料比燃料を供給した場合における比重の大きい可燃性固形分１８ａのガス化率を有効に高めることができない問題があった。

図１、図２は、上記したガス化炉２において特に高燃料比燃料を供給した場合における比重の大きい可燃性固形分のガス化率を高められるようにした本発明の形態の一例を示すもので、図中図３と同一のものには同じ符号を付して説明を省略し、本発明の特徴部分についてのみ詳細に説明する。

図１、図２に示す如く、前記媒体分離装置９で分離した流動媒体１０をガス化炉２に導入する媒体流下管１１と、ガス化燃料１２をガス化炉２に導入する燃料供給口２１とを前記ガス化炉２内部の一側（図１、図２の右側）に配置し、前記ガス化炉２内部の可燃性固形分１８と流動媒体１０とを前記燃焼炉１に供給するための固形分供給口１９を前記ガス化炉２の他側（図１、図２の左側）に配置する。この時、前記燃料供給口２１はガス化炉２の一側（図１、図２の右側）の端部側壁に設けるようにしており、燃料供給口２１はガス化炉２のシールを保持しながらガス化燃料１２を供給できるように構成されている。

前記ガス化炉２の内部における前記一側と他側との間には、鉛直な仕切板２２を所要の間隔を有して複数配置し、該仕切板２２によりガス化炉２内部の一側から他側に向けて上下で曲折したジグザグ状の湾曲流路２３を形成する。

図示の仕切板２２は、下端をガス化炉２の底面に固定した下部仕切板２２ａと、下端とガス化炉２の底面との間に連通間隔Ｓを有する上部仕切板２２ｂとを交互に配置している。このとき、前記上部仕切板２２ｂは、流動層１５の粒子がその上端を飛び越えて流動しないようにした高さを有している。

前記ジグザク状の湾曲流路２３の他側部には、可燃性固形分１８ａと流動媒体１０とが上昇して固形分供給口１９に導入されるようにした上昇流２４を形成するようにしている。そして、該上昇流を形成する上部仕切板２２ｂの上端はシール板２５によりガス化炉２の他側の側板に固定してシールしている。

前記仕切板２２は、ガス化炉２内部に固定して設けることもできるが、ガス化炉２に対して例えば仕切板２２を着脱自在に備えて、仕切板２２の相互間隔を調整できるように構成することもできる。

前記ガス化炉２でガス化により生成された可燃性ガス１６は、図１に示すように利用系装置２６に供給される。利用系装置２６としては可燃性ガス１６をそのまま燃料として用いる発電用ガスタービン、可燃性ガスを改質してＨ_２リッチとする燃料電池用燃料を製造したり、エタノールやＤＭＥ等の液体燃料を製造するための改質装置等とすることができる。

また、前記媒体分離装置９で分離した排ガス２０は、空気予熱器２７に導いて空気の予熱を行うようにしており、予熱した空気３は空気管２８により前記燃焼炉１に導いて流動層５を形成するようにしている。

前記排ガス２０は、更に蒸気発生器２９に導かれて水と熱交換することにより蒸気を発生させ、発生した蒸気１４は蒸気管３０を介して前記ガス化炉２に導かれて流動層１５を形成するようにしている。尚、上記ガス化炉２に供給する蒸気１４は、別のボイラ等によって製造したものを利用してもよい。前記の如く熱回収を行った排ガス２０は排ガス処理装置３１により清浄化されて大気に排出される。

また、前記ガス化炉２においてガス化燃料１２をガス化するのに必要な熱量が不足する場合には、前記空気予熱器２７から燃焼炉１に供給している空気３の一部を分岐し、この分岐した空気３ａを前記ガス化炉２に供給して前記ガス化燃料１２の一部を燃焼（部分燃焼）させることによって流動層１５の温度を上昇させるようにしてもよい。

次に、上記図１、図２に示す形態の作用を説明する。

前記ガス化炉２に供給するガス化燃料１２としては、石炭、コークス等の固定炭素分の含有量が多い高燃料比燃料、又は有機性廃棄物、或いは高燃料比燃料と有機性廃棄物の混合物等を用いることができる。

上記ガス化装置では、ガス化炉２の一側に設けた燃料供給口２１により供給されたガス化燃料１２は、流動層１５により、前記媒体流下管１１から供給されてくる高温の流動媒体１０によって加熱されると共に、蒸気１４との接触によって水性ガス化反応［Ｃ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ］を生じ、ＣＯやＨ₂等の可燃性ガス１６を生成すると共に可燃性固形分１８を生成する。生成した可燃性ガス１６は、ガス化炉２の取出口１７から利用系装置２６に供給される。

一方、前記ガス化燃料１２のガス化によってガス化炉２の内部に可燃性固形分１８を生成するが、この時、ガス化炉の一側と他側との間に、鉛直な仕切板２２を所要の間隔で複数配置してガス化炉２内部の一側から他側に向けて上下で曲折したジグザグ状の湾曲流路２３を形成しているので、ガス化炉２内部で生成する可燃性固形分１８は全て湾曲流路２３を通り一側から他側に流動することになるため、前記可燃性固形分１８は固形分供給口１９に流入するまでの間に均一且つ十分にガス化される。

即ち、前記ガス化燃料１２として、高燃料比燃料、又は有機性廃棄物を単独で用いても、或いは高燃料比燃料と有機性廃棄物の混合物を用いても、ガス化燃料１２のガス化によって生成する全ての可燃性固形分１８を確実に湾曲流路に沿って流動させることができるため、比重の大きい可燃性固形分１８ａがガス化炉２内部に片寄って貯留したり、その貯留によって新たに生成する比重の大きい可燃性固形分１８ａが十分にガス化されることなく固形分供給口１９に流入するといった問題を防止することができ、よって、特に高燃料比燃料による比重の大きい可燃性固形分１８ａのガス化効率を大幅に高めることができる。

また、一部に高燃料比燃料を含む有機性廃棄物や、高燃料比燃料と有機性廃棄物を混合して共ガス化を行うガス化燃料１２を用いる場合にも、比重の大きい可燃性固形分１８ａがガス化炉２内部に片寄って貯留することを防止できるので、比重の大きい可燃性固形分１８ａのガス化を促進させて、ガス化燃料１２全体としてのガス化効率を高めることができる。

このように、ガス化燃料１２のガス化が効率良く行われることによって、可燃性ガス１６の生成効率（生産性）を大幅に高めることができる。

尚、本発明のガス化燃料のガス化方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例としてのガス化装置の全体概要構成図である。 図１の主要部の概要構成図である。 従来の燃焼装置を用いてガス化燃料から可燃性ガスを生成するガス化装置を構成した場合の概要構成図である。

符号の説明

１ 燃焼炉
２ ガス化炉
３ 空気
５ 流動層
９ 媒体分離装置
１０ 流動媒体
１１ 媒体流下管
１２ ガス化燃料
１４ 蒸気
１５ 流動層
１６ 可燃性ガス
１８ 可燃性固形分
１９ 固形分供給口
２１ 燃料供給口
２２ 仕切板
２２ａ 下部仕切板
２２ｂ 上部仕切板
２３ 湾曲流路
２４ 上昇流
Ｓ 連通間隔

Claims (8)

1. 燃焼炉の排ガスを媒体分離装置に導いて流動媒体を分離し、分離した流動媒体とガス化燃料とをガス化炉に供給して蒸気による流動層によりガス化燃料をガス化して可燃性ガスを取出し、前記ガス化によりガス化炉内部に生じた可燃性固形分と流動媒体とを前記燃焼炉に供給して空気による流動層により前記可燃性固形分の燃焼を行うガス化燃料のガス化方法であって、前記媒体分離装置で分離した流動媒体とガス化燃料は前記ガス化炉内部の一側に供給し、且つ前記ガス化炉内部の可燃性固形分と流動媒体は前記ガス化炉の他側に設けた固形分供給口から前記燃焼炉に供給し、前記ガス化炉内部の一側と他側との間に仕切板により上下で曲折するジグザグ状の湾曲流路を形成し、ガス化炉内の一側に供給したガス化燃料と流動媒体を前記湾曲流路に沿って移動させながらガス化して他側の固形分供給口に供給することを特徴とするガス化燃料のガス化方法。
2. 前記ガス化燃料が高燃料比燃料である請求項１記載のガス化燃料のガス化方法。
3. 前記ガス化燃料が有機性廃棄物である請求項１記載のガス化燃料のガス化方法。
4. 前記ガス化燃料が高燃料比燃料と有機性廃棄物の混合物である請求項１記載のガス化燃料のガス化方法。
5. 燃焼炉の排ガスから流動媒体を分離する媒体分離装置と、
   該媒体分離装置で分離した流動媒体を媒体流下管により導入すると共に燃料供給口によりガス化燃料を導入し、蒸気による流動層によりガス化燃料をガス化して可燃性ガスを取り出すガス化炉と、
   ガス化炉でガス化した残りの可燃性固形分と流動媒体とを前記燃焼炉に供給する固形分供給口と、
   該固形分供給口からの可燃性固形分と流動媒体を導入して空気による流動層により可燃性固形分を燃焼する前記燃焼炉と、を備えたガス化燃料のガス化装置であって、
   前記媒体分離装置で分離した流動媒体を導入する媒体流下管とガス化燃料を導入する燃料供給口とを前記ガス化炉の一側に配置し、
   前記ガス化炉内部の可燃性固形分と流動媒体とを前記燃焼炉に供給する固形分供給口を前記ガス化炉の他側に配置し、
   前記ガス化炉内部の一側と他側との間に鉛直な仕切板を配置し、ガス化炉内部の一側から他側に向けて上下で曲折するジグザグ状の湾曲流路を形成した
   ことを特徴とするガス化燃料のガス化装置。
6. 前記仕切板は、下端がガス化炉底面に固定された下部仕切板と、下端とガス化炉底面との間に連通間隔が形成された上部仕切板とを交互に複数配置している請求項５記載のガス化燃料のガス化装置。
7. 前記ジグザク状の湾曲流路における他側部は、可燃性固形分と流動媒体が上昇して固形分供給口に導入される上昇流を形成している請求項５又は６記載のガス化燃料のガス化装置。
8. 前記仕切板は相互間隔が調整できるようにしてある請求項５〜７のいずれか一つに記載のガス化燃料のガス化装置。
   

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