JP2008120912A - ガス化発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】バグフィルタの逆洗後におけるガスエンジン運転再開時の不具合の発生を防止し得るガス化発電システムを提供する。
【解決手段】ガス化炉１にて発生されたバイオマスガスをバグフィルタ２を介してガスエンジン３に導き、発電機４を駆動するガス化発電システムに設けられる上記バグフィルタ２の逆洗浄装置５を、逆洗用の窒素ガスボンベ21及び燃料ガスボンベ22と、窒素ガス供給管23及び燃料ガス供給管24と、これらガス供給管23，24により供給されるプロパンガス及び窒素ガスが混合されてなる混合ガスの単位発熱量がバイオマスガスの単位発熱量にほぼ等しくなるように、燃料ガス供給管24途中に設けられた第２電磁開閉弁26を制御する制御装置28とから構成したもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマスガスを用いたガス化発電システムに関するものである。

最近、木質のバイオマス（生物資源）は、カーボンニュートラルな原料として注目されており、ガス化発電システムにも燃料として使い始められている。
このようなガス化発電システムには、主に、バイオマスからガスを発生させるガス化炉、このガス化炉にて発生されたバイオマスガス中の固形分を除去するためのバグフィルタ、このバグフィルタで固形分が除去されたバイオマスガスを導き動力を取り出すガスエンジンと、このガスエンジンにより駆動される発電機などが具備されている。

ところで、バグフィルタには固形分が蓄積されて目詰まりを起こすため、必要に応じて（または、所定時間おきに）逆洗浄（逆洗ともいう）が行われており、この逆洗用気体としては窒素ガスが用いられたり、またはバイオマスガスそのものが用いられている。なお、逆洗時には、バイパス管によりバグフィルタがバイパスされて、バイオマスガスは直接ガスエンジンに供給され、また逆洗終了後には、バイパス管が閉じられるとともにバグフィルタに供給された逆洗用気体がそのままガスエンジンに供給されることになる。

なお、逆洗用気体として窒素ガスを用いた場合には、バグフィルタ内の気体は殆ど窒素ガスとなりバイオマスガスの量が少なく、言い換えれば、発熱量が大きく減少しているため、ガスエンジンの運転を再開した場合、発熱量の不足により発電機の出力が低下したり、または逆洗回数が多い場合には、ガスエンジンが停止することになり、このような不具合を防止するために、逆洗用気体として可燃性ガスが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−３７０１２号公報

しかし、上述したように、逆洗用気体として、可燃性ガスを用いた場合には、窒素ガスを用いた場合とは逆に、ガスエンジンに供給される燃料量が増加してノッキングなどが発生し、場合によっては、やはり、ガスエンジンが停止するという問題があった。

そこで、本発明は、バグフィルタの逆洗後におけるガスエンジン運転再開時の不具合の発生を防止し得るガス化発電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のガス化発電システムは、バイオマスからガスを発生させるガス化炉、このガス化炉にて発生されたバイオマスガス中の固形分を除去するバグフィルタ、このバグフィルタで固形分が除去されたバイオマスガスを導き動力を取り出すガスエンジン、このガスエンジンにより駆動される発電機および上記バグフィルタの逆洗浄装置を有するガス化発電システムにおいて、
上記逆洗浄装置を、逆洗用不活性ガスの供給源および燃料ガスの供給源と、これら各供給源からのガスをバグフィルタに供給する不活性ガス供給管および燃料ガス供給管と、これらガス供給管により供給された燃料ガスおよびバグフィルタに所定量でもって供給された不活性ガスが混合されてなる混合ガスの単位発熱量がバイオマスガスの単位発熱量にほぼ等しくなるように、燃料ガス供給管途中に設けられた電磁開閉弁を制御する制御装置とから構成したものであり、
さらに、上記制御装置に、下記の式に基づき燃料ガスの供給量を演算する燃料ガス供給量演算部と、この燃料ガス供給量演算部にて求められた供給量に基づき燃料ガス供給管途中に設けられた電磁開閉弁を開閉する燃料ガス供給量指示部とを具備させたものである。

Ｇ_Ｐ＝（Ｈ_Ｂ×Ｇ_Ｎ）／（Ｈ_Ｐ−Ｈ_Ｂ）
但し、Ｈ_Ｂはバイオマスガスの単位発熱量、Ｈ_Ｐは燃料ガスの単位発熱量、Ｇ_Ｎは不活性ガスの供給量、Ｇ_Ｐは燃料ガスの供給量である。

上記ガス化発電システムの構成によると、バグフィルタを逆洗浄する際に、不活性ガスに燃料ガスを加えた混合ガスを用いるとともに、この混合ガスの単位発熱量を本来の燃料であるバイオマスガスの単位発熱量にほぼ等しくなるように制御するので、逆洗浄後にガスエンジンの運転を再開する場合に、すなわちバグフィルタを通常の集塵作業（集塵ライン）に戻した場合でも、ガスエンジンに供給されるガスの燃焼能力が、バイオマスガスの燃焼能力とほぼ同一となり、したがってガスエンジンが停止したり、ガスエンジンの出力が変動するなどの不具合が発生するのを防止することができる。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係るガス化発電システムを、図１および図２に基づき説明する。

このガス化発電システムは、図１に示すように、主として、木質のバイオマス（生物資源）からガスを発生させる（ガス化する）ガス化炉（具体的には、ダウンドラフト型熱分解ガス化炉が用いられる）１と、このガス化炉１にて発生されたバイオマスガスを第１ガス移送管１１を介して導くとともにバイオマスガス中の塵埃・未燃チャーなどの固形分を除去するバグフィルタ２と、このバグフィルタ２で固形分が除去されたバイオマスガスを第２ガス移送管１２を介して導き燃焼させて動力を取り出すガスエンジン３と、このガスエンジン３により駆動される発電機４とが具備されるとともに、上記バグフィルタ２の逆洗浄装置５が具備されている。上記バグフィルタ２の逆洗浄（逆洗ともいう）時に、当該バグフィルタ２をバイパスさせるために第１ガス移送管１１と第２ガス移送管１２とに亘って開閉弁１４を有するバイパス管１３が設けられており、また上記各ガス移送管１１，１２には、バイオマスガスをバイパス管１３に導くための開閉弁１５，１６がそれぞれ設けられている。さらに、第２ガス移送管１２の開閉弁１６の上流側には開閉弁１８を有してバグフィルタ２側の圧力を調節するためのガス放出管１７Ａが設けられるとともに開閉弁１６の下流側には誘引ファン１９が設けられている。なお、上記ガス放出管１７Ａから放出されるガスはフレアスタック２０に導かれ、また第２ガス移送管１２の誘引ファン１９とガスエンジン３との間にもガス放出管１７Ｂが接続されており、やはり、余分なバイオマスガスがフレアスタック２０に導かれ、ここで燃焼された後、大気に放出される。

上記逆洗浄装置５は、窒素ガス（不活性ガスの一例）を蓄えた窒素ガスボンベ（供給源の一例で、ガスホルダともいう）２１およびプロパンガス（燃料ガスの一例）を蓄えた燃料ガスボンベ（供給源の一例で、ガスホルダともいう）２２と、これら各ボンベ２１，２２からのガスをそれぞれバグフィルタ２のガス取出用空間２ａ側に供給するための窒素ガス供給管２３および燃料ガス供給管２４と、これら各供給管２３，２４の途中に設けられた第１および第２電磁開閉弁２５，２６と、上記燃料ガス供給管２４途中に設けられた流量計２７と、この流量計２７からの計測値を入力して逆洗に用いられた窒素ガスの供給量に応じてプロパンガスを導入する際に当該逆洗に用いられるこれらの混合ガス（混合気体）の単位発熱量がバイオマスガスの単位発熱量に等しくなるようにプロパンガスの供給量を決定し導入するための制御装置（図２参照）２８とから構成されている。

次に、上記制御装置２８の構成について説明する。
この制御装置２８は、図２に示すように、バグフィルタ２の入口部（例えば、第１ガス移送管の途中）および出口部（例えば、第２ガス移送管の途中）に設けられた圧力計３１，３２からの計測値を入力してその圧力差が設定値（勿論、逆洗が必要となる圧力差である）を超えた場合に逆洗を指示するとともに窒素ガスの供給量（具体的に言えば、供給すなわち吹き込みはパルスでもって行われるため、その吹き込み回数ｎにて決定される量である）の設定機能を有する逆洗指示部３３と、この逆洗指示部３３からの窒素ガスの供給量Ｇ_Ｎを入力するとともに予め設定されたバイオマスガスの単位発熱量Ｈ_Ｂを用いて下記（１）式に基づき供給すべきプロパンガスの供給量Ｇ_Ｐを演算する燃料ガス供給量演算部３４と、この燃料ガス供給量演算部３４で求められた演算値を入力するとともにプロパンガスの供給量が上記演算値となるように第２電磁開閉弁２６を制御するための燃料ガス供給量指示部３５とから構成されている。勿論、燃料ガス供給管２４に設けられたガス流量計２７からの計測値が入力されてガス供給量のフィードバック制御が行われている。

上記逆洗指示部３３を具体的に説明すると、図示しないが、圧力計３１，３２からの計測値を入力してその圧力差を求める圧力差演算部と、この圧力差演算部で求められた圧力差と予め設定されている設定値とを比較して圧力差が設定値を超えた場合に逆洗を行う指令を出力する逆洗判断部とが具備されている。

なお、上記燃料ガス供給量演算部３４で実行される演算式は下記（１）式にて表されるが、この演算式は、供給される窒素ガスにプロパンガスが加えられた混合ガスの単位発熱量がバイオマスガスの単位発熱量に等しくなるようにされた下記（２）式から求めることができる。また、この燃料ガス供給量演算部３４には、バイオマスガスの単位発熱量を設定し得る単位発熱量設定部が具備されており、この単位発熱量は例えば実験などにより求められている。

Ｇ_Ｐ＝（Ｈ_Ｂ×Ｇ_Ｎ）／（Ｈ_Ｐ−Ｈ_Ｂ）・・・（１）
Ｈ_Ｂ＝｛０（窒素ガスの単位発熱量）×Ｇ_Ｎ＋Ｈ_Ｐ×Ｇ_Ｐ｝／（Ｇ_Ｎ＋Ｇ_Ｐ）・・・（２）
但し、Ｈ_Ｐはプロパンガスの単位発熱量である。

次に、上記ガス化発電システムにおけるバグフィルタ２での逆洗作業について説明する。
例えば、バグフィルタ２の入口部および出口部に設けられた圧力計３１，３２による圧力差が設定値を超えると、逆洗指示部３３により各ガス移送管１１，１２の開閉弁１５，１６が閉じられるとともにバイバス管１３の開閉弁１４が開かれ（つまり、逆洗中においては、バイパス管１３を介して、ガス化炉１からのバイオマスガスがガスエンジン２に直接供給されることになる）、そして当該逆洗指示部３３からの指示により、設定された回数だけ第１電磁開閉弁２５が開かれて、所定量の窒素ガスがパルス状にバグフィルタ２内に供給されて逆洗が行われる。

このとき、燃料ガス供給量演算部３４では、逆洗指示部３３から窒素ガスの供給量Ｇ_Ｎが入力されてバイオマスガスの単位発熱量Ｈ_Ｂおよびプロパンガスの単位発熱量Ｈ_Ｐ（予め与えられている）に基づき、供給すべきプロパンガスの供給量Ｇ_Ｐが求められる。

そして、窒素ガスの供給、すなわち吹き込みが終了すると、燃料ガス供給量演算部３４で求められた供給量が燃料ガス供給量指示部３５に入力されるとともに、当該燃料ガス供給量指示部３５により第２電磁開閉弁２６が開かれて、上記求められた供給量Ｇ_Ｐのプロパンガスがバグフィルタ２内に供給される。

このプロパンガスの供給により、逆洗時にバグフィルタ２に供給された混合ガスの単位発熱量が、バイオマスガスの単位発熱量とほぼ等しくされる。つまり、逆洗が終了した時点では、バグフィルタ２内のガスの燃焼能力（燃焼による発生熱量）が、逆洗を行う前の燃焼能力に等しくされる。

したがって、この状態で、開閉弁１４を閉じるとともに両開閉弁１５，１６を開いて、バグフィルタ２を集塵可能状態（通常の集塵ライン）に戻した場合、逆洗時に供給された混合ガスがガスエンジン３に導かれることになるが、この混合ガスの単位発熱量がバイオマスガスの単位発熱量にほぼ等しくされているため、ガスエンジン３での出力が殆ど変動することがなく、したがって安定した発電を行うことができる。

なお、バグフィルタ２を集塵可能状態に戻す前にガス放出管１７Ａの開閉弁１８が開かれて、集塵状態での圧力に低下される。
ところで、上記実施の形態においては、バグフィルタの逆洗を行う場合、出入口部に設けられた圧力計による圧力差を自動的に検出して逆洗の指示を行うように説明したが、例えば作業者が両圧力計の圧力差を読み取るとともに圧力差が設定値を超えている場合に、手動にて逆洗を開始するようにしてもよく、また窒素ガスの供給（パルスによる供給）についても、作業者が手動にて行うこともできる。

本発明の実施の形態に係るガス化発電システムの概略構成を示す模式図である。 同ガス化発電システムの制御装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ ガス化炉
２ バグフィルタ
３ ガスエンジン
４ 発電機
５ 逆洗浄装置
１１ 第１ガス移送管
１２ 第２ガス移送管
１３ バイパス管
２１ 窒素ガスボンベ
２２ 燃料ガスボンベ
２３ 窒素ガス供給管
２４ 燃料ガス供給管
２５ 第１電磁開閉弁
２６ 第２電磁開閉弁
２７ 流量計
２８ 制御装置
３１ 圧力計
３２ 圧力計
３３ 逆洗指示部
３４ 燃料ガス供給量演算部
３５ 燃料ガス供給量指示部

Claims (2)

1. バイオマスからガスを発生させるガス化炉、このガス化炉にて発生されたバイオマスガス中の固形分を除去するバグフィルタ、このバグフィルタで固形分が除去されたバイオマスガスを導き動力を取り出すガスエンジン、このガスエンジンにより駆動される発電機および上記バグフィルタの逆洗浄装置を有するガス化発電システムにおいて、
   上記逆洗浄装置を、逆洗用不活性ガスの供給源および燃料ガスの供給源と、これら各供給源からのガスをバグフィルタに供給する不活性ガス供給管および燃料ガス供給管と、これらガス供給管により供給された燃料ガスおよびバグフィルタに所定量でもって供給された不活性ガスが混合されてなる混合ガスの単位発熱量がバイオマスガスの単位発熱量にほぼ等しくなるように、燃料ガス供給管途中に設けられた電磁開閉弁を制御する制御装置とから構成したことを特徴とするガス化発電システム。
2. 制御装置に、下記の式に基づき燃料ガスの供給量を演算する燃料ガス供給量演算部と、この燃料ガス供給量演算部にて求められた供給量に基づき燃料ガス供給管途中に設けられた電磁開閉弁を開閉する燃料ガス供給量指示部とを具備させたことを特徴とする請求項１に記載のガス化発電システム。
   Ｇ_Ｐ＝（Ｈ_Ｂ×Ｇ_Ｎ）／（Ｈ_Ｐ−Ｈ_Ｂ）
   但し、Ｈ_Ｂはバイオマスガスの単位発熱量、Ｈ_Ｐは燃料ガスの単位発熱量、Ｇ_Ｎは不活性ガスの供給量、Ｇ_Ｐは燃料ガスの供給量である。

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