JP2008081638A - Method for gasifying woody biomass - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、木質バイオマスのガス化方法に関し、特にクリンカの発生を抑制するガス化方法に関する。 The present invention relates to a gasification method for woody biomass, and more particularly to a gasification method for suppressing the generation of clinker.
従来から、森林から得られる枝、葉、梢、根株等の林地残材、製材工場から出るオガ粉、樹皮、端材、背板等の残廃材、建築廃材・解体材などの産業廃棄物等といった木質バイオマスをガス化し、燃料等として使用することが行われている。
この場合におけるガス化炉の形式として、流動床式や固定床式のものが広く用いられている。特に固定床式は比較的小規模の設備として設計し得ることから山間部の製材所等、中小規模の設備への適用が可能である(例えば特許文献1参照)。両形式ともガス化される木質バイオマスはガス化炉投入前に細かく破砕された後、投入されることが一般的である。(例えば特許文献2参照)。
In this case, a fluidized bed type or a fixed bed type is widely used as a gasification furnace. In particular, since the fixed floor type can be designed as a relatively small-scale facility, it can be applied to small- and medium-scale facilities such as a mountain mill. In both types, the woody biomass to be gasified is generally fed after being crushed finely before the gasifier is charged. (For example, refer to Patent Document 2).
しかしながら、従来の方法では、バーク(樹皮)のような融点の低い木質バイオマスの場合、炉内にクリンカ(焼塊)が発生するという問題点があった。
そこで、本発明の主たる課題は、クリンカの発生を抑制することにある。
However, in the conventional method, in the case of woody biomass having a low melting point such as bark (bark), there is a problem that clinker (burned ingot) is generated in the furnace.
Therefore, a main problem of the present invention is to suppress the generation of clinker.
上記課題を解決した本発明は、木質バイオマスからなる原料をガス化炉に投入しガス化する方法において、
前記原料の融点を上昇させる作用を有する融点上昇物質をガス化炉内に存在させた状態でガス化を行うことを特徴とする木質バイオマスのガス化方法である。
このように、ガス化に際して、炉内に融点上昇物質を存在させることにより、原料の融点が上昇し、クリンカが発生し難くなる。
融点上昇物質は、原料とともに炉内に投入することができる。また、通常のガス化炉のように炉内に空気等の酸化剤を供給する吹込口を有している場合、特に吹込口の近傍にクリンカが発生し易いため(実験により確認済み)、吹込口を介して空気とともに融点上昇物質を炉内に投入するか、あるいはこの吹込口の近傍の高さ位置に設けた投入口を介して空気とは別に融点上昇物質を炉内に投入するのは好ましい。
The present invention that has solved the above problems is a method of gasifying a raw material consisting of woody biomass into a gasifier,
A method for gasifying woody biomass, characterized in that gasification is performed in a state where a melting point-increasing substance having an action of increasing the melting point of the raw material is present in a gasification furnace.
In this way, when the gasification is performed, the melting point-increased substance is present in the furnace, so that the melting point of the raw material is increased and clinker is hardly generated.
The melting point raising substance can be put into the furnace together with the raw material. In addition, when there is a blow-in port for supplying an oxidant such as air into the furnace as in a normal gasification furnace, the clinker is likely to be generated in the vicinity of the blow-in port (confirmed by experiments). The melting point increasing substance is introduced into the furnace together with the air through the mouth, or the melting point increasing substance is introduced into the furnace separately from the air through the inlet provided at a height position near the inlet. preferable.
以上のとおり、本発明によればクリンカの発生を効果的に防止できる。 As described above, according to the present invention, the generation of clinker can be effectively prevented.
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
図1は、ガス化発電設備例のフローシートを示している。バーク(樹皮)等の木質バイオマス原料Bは原料ピット1に貯留されており、順次ピットクレーン2により取り出され、投入ホッパー3に投入される。木質バイオマス原料としては、森林から得られる枝、葉、梢、根株等の林地残材、製材工場から出るオガ粉、バーク(樹皮)、端材、背板等の残廃材、建築廃材・解体材などの産業廃棄物等を用いることができる。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a flow sheet of an example of a gasification power generation facility. The woody biomass material B such as bark (bark) is stored in the material pit 1, and is sequentially taken out by the
ホッパー3に投入された原料はコンベヤ4によって移送され、固定床ガス化炉6に対して供給される。図示形態では、ガス化炉の入側に、上下に離間配置された投入ダンパー5A,5Bが設けられており、下側のダンパー5Bが閉じられかつ上側のダンパー5Aが開けられた状態で両ダンパー5A,5B間にコンベヤ4からの原料が順次投入され、次いで上側のダンパー5Aが閉じられた後、下側のダンパー5Bが開けられることにより、ダンパー5A,5B間に保持された原料がガス化炉6上部に投入されるようになっている。以降は、この繰り返しにより順次原料がガス化炉6内に供給される。ガス化炉6としては、固定床である限り、上向流式であっても下向流式(ダウンドラフト式)であっても良い。ダウンドラフト式の方が、タールや油分の発生が少ない利点がある。
The raw material thrown into the hopper 3 is transferred by the conveyor 4 and supplied to the
ダウンドラフト式ガス化炉6の具体例が図2に示されている。すなわち、このガス化炉6は、ホッパーとしての役割を担う上部筒状部61と、この上部筒状部61の底部開口から連続する下部筒状部62と、下部筒状部62を隙間をもって取り囲む筒状ケーシング63とを備えている。これら上部筒状部等61,62,63はそれぞれ縦向き且つ相互に同軸的に配置されている。下部筒状部62の底部開口には火格子64が設けられている。下部筒状部62の高さ方向中間部には、炉内を上下に仕切る仕切り板65が設けられており、この仕切り板65の幅方向中央部には上下に貫通する通過孔66が形成されている。さらに、下部筒状部62内における仕切り板65よりも上側の内周壁には、酸化剤の吹込口67が炉内の幅方向中央を臨むように突出されている。吹込口67の先端は通過孔66の縁よりも外側の位置、つまり仕切り板65における通過孔66を有しない周囲部の上方に位置している。この吹込口67は下部筒状部62の内周方向に沿って適宜の間隔(例えば等間隔)で複数設けるのが好ましい。また、吹込口67は下部筒状部62の内周方向に沿って連続するスリット状に形成することもできる。
A specific example of the downdraft
吹込口67に対する供給路は適宜形成することができるが、図示形態では、下部筒状部62が内筒部62Aおよび外筒部62Bからなる二重筒状に形成されており、内筒部62Aと外筒部62Bとの間の円筒状空間62Sの上部に吹込口67が連通され、吹込口67よりも下側の部分に外側ケーシング63を貫通する供給管70が連通されることによって、供給路が構成されている。
Although the supply path to the blowing
この供給管70に対しては、図示しない空気供給ポンプ等の酸化剤供給手段が接続されており、供給管70を介して燃焼のための空気や酸素等の酸化剤が供給される。
An oxidant supply means such as an air supply pump (not shown) is connected to the
ガス化炉6内に供給された原料は、上部筒状部61及び下部筒状部62を下降・通過する過程でガス化される。すなわち、上部筒状部61から順次供給される原料は、吹込口67よりも若干上側の熱分解ゾーンに到達すると、熱分解が開始され、ガス(CO、H2、CH4、CO2、H2O)、チャー、炭化水素に分解される。この熱分解ステップの熱源は、次述の燃焼ステップにより発生する熱である。
The raw material supplied into the
次いで、この熱分解ステップで生成したガス、チャー、炭化水素は吹込口67から仕切り板65に至る燃焼・ガス化ゾーンに到達し、吹込口67から供給される酸化剤によって燃焼されるとともに、生成したチャーが、温度約700〜1200℃で、主にBoudouard反応と水生ガス反応によりCOとH2に変換され、ガス化が達成される。発生したガスは、火格子64を通過し、下部筒状部62の外面と外側ケーシング63の内周面との間を通り、外側ケーシング63に設けられた排出口71を介して、外部に取り出される。
Next, the gas, char, and hydrocarbons generated in this pyrolysis step reach the combustion / gasification zone from the
本発明では、ガス化に際して、ガス化炉6内に原料の融点を上昇させる作用を持つ融点上昇物質を存在させる。このために、予め原料に融点上昇物質を混入させる等により、原料とともに融点上昇物質をガス化炉6内に供給することができる。吹込口67の近傍(特に、下向流式の場合には吹込口67の下側、上向流式の場合には吹込口の上側)はクリンカが発生し易いため、吹込口67を介して空気とともに融点上昇物質を炉6内に投入したり、吹込口67近傍の高さ位置(特に、下向流式の場合には吹込口67の下側、上向流式の場合には吹込口の上側)に専用の投入口を設け、この投入口を介して空気とは別に融点上昇物質を炉6内に投入したりするのは好ましい形態である。これらの融点上昇物質の供給位置は適宜組み合わせて使用できる。融点上昇物質としては、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、燐酸カルシウム、ドロマイト等を用いることができ、粉状や粒子状の形態で用いることができる。融点上昇物質の添加量は、適宜定めることができるが、木質バイオマス原料に対して0.5〜20重量%とするのが好ましい。
In the present invention, during gasification, a melting point raising substance having an action of raising the melting point of the raw material is present in the
また、ガス化に際しては、炉6内に熱分解領域、燃焼領域およびガス化領域が形成される。そして、ガス化領域における固形物の嵩比重が低いと、(1)ガス化領域内におけるガス化可能な成分量がそもそも少ないこと、および(2)空隙に入り込む酸素量が多くなり燃焼が進行し易くなることに起因して、ガス発生量が少なくなる。よって、少なくともガス化領域における固形物の嵩比重が0.5以上、好ましくは0.5〜2.0となるようにするのも好ましい形態である。嵩比重を0.5以上とするために、ガス化炉6内にピストン等の圧縮装置(図示しない)を設け、炉6内の固形物を圧縮することもできるが、予め、木質バイオマスをペレット化、ブリケット化、押出成形、撹拌成形等により、嵩比重が0.5以上となるように圧縮加工しておき、これを原料として炉6内に投入する方が、容易であり好ましい。この場合、原料のサイズは直径6〜12mm、長さ10〜20mmとするのが好ましい。原料のサイズが小さすぎると、圧損増大やクリンカ(焼塊)の生成を引き起こすおそれがあり、反対に原料サイズが大きすぎると炉内にブリッジを発生するおそれがある。なお、このことからも明らかなように、本発明は、他のクリンカ発生防止技術と組み合わせて適用することができる。
Further, during gasification, a pyrolysis region, a combustion region, and a gasification region are formed in the
他方、図示形態の設備では、ガス化炉6内の灰は底部の抜出口を介して排出される一方、ガス化炉6内で発生したガスは炉側部から抜き出され、サイクロン等からなる集塵機7に供給されてガス内に混入する灰が除去され、次いで燃料ガス冷却装置8において冷却された後、ガスエンジン9に供給され、燃料として使用される。ガスエンジン9には発電機10が接続されており、発電がなされる。ガスエンジン9の排ガスは排ガス冷却装置11で冷却され、大気に放出される。図示形態では、各冷却装置8,11は間接熱交換器により構成されており、水等の冷却液が燃料ガス冷却装置8で燃料ガスの冷却に使用された後、ガスエンジン9の冷却液として用いられ、さらにその後、排ガス冷却装置11で排ガスの冷却に使用されるようになっている。
On the other hand, in the facility shown in the figure, the ash in the
ダウンドラフト式固定床ガス化炉を用い、融点上昇物質の添加量及び添加位置を変化させてクリンカの発生を調べた。試験の結果は、表1に示すとおりであり、本発明に従って融点上昇物質を添加することにより、クリンカの発生を効果的に抑制できることが判明した。 Using a downdraft type fixed bed gasification furnace, the amount of melting point increasing substance and the addition position were changed, and the occurrence of clinker was examined. The results of the test are as shown in Table 1, and it was found that the generation of clinker can be effectively suppressed by adding the melting point increasing substance according to the present invention.
本発明は、木質バイオマスをガス化する限り、そのガスの用途に限定されるものではなく、上記例のような発電利用の他、燃料利用など、広範な用途に適用できるものである。 As long as the woody biomass is gasified, the present invention is not limited to the use of the gas, and can be applied to a wide range of uses such as the use of fuel as well as the use of power as in the above example.
1…原料ピット、2…ピットクレーン、3…ホッパー、4…コンベヤ、5A,5B…ダンパー、6…固定床ガス化炉、7…集塵装置、8…燃料ガス冷却装置、9…ガスエンジン、10…発電機、11…排ガス冷却装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Raw material pit, 2 ... Pit crane, 3 ... Hopper, 4 ... Conveyor, 5A, 5B ... Damper, 6 ... Fixed bed gasifier, 7 ... Dust collector, 8 ... Fuel gas cooling device, 9 ... Gas engine, 10 ... Generator, 11 ... Exhaust gas cooling device.
Claims (3)
前記原料の融点を上昇させる作用を有する融点上昇物質をガス化炉内に存在させた状態でガス化を行うことを特徴とする木質バイオマスのガス化方法。 In the method of gasifying a raw material consisting of woody biomass into a gasifier,
A method for gasifying woody biomass, characterized in that gasification is performed in a state where a melting point-increasing substance having an action of increasing the melting point of the raw material is present in a gasification furnace.
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