JP2008231326A

JP2008231326A - 移動床式ガス化炉の着火装置及びそれを用いた移動床式ガス化炉

Info

Publication number: JP2008231326A
Application number: JP2007075628A
Authority: JP
Inventors: Juntaro Ushigoe; 淳太郎牛越; Takeshi Miyaji; 健宮地; Manabu Katagiri; 学片桐; Izumi Uchiyama; 泉内山
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】移動床式ガス化炉に適した着火装置を実現すること。
【解決手段】着火装置１５は、一面に開口を有し移動床式ガス化炉の炉壁に埋め込まれるチャンバー３５と、チャンバー３５の開口を塞いで設けられ炉内に露出される蓄熱体３７と、蓄熱体３７を加熱するためにチャンバー３５内に設けられたガスバーナー３９と、ガスバーナー３９の先端部に配置され半円筒状に形成された反射板４１と、チャンバー３５から炉外に引き出された排気管４３とを備えて構成され、ガスバーナー３９により蓄熱体が加熱され、蓄熱体から放出される輻射熱によりガス化対象物を着火温度まで加熱して着火することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動床式ガス化炉の着火装置に関する。

移動床式ガス化炉（固定床式ガス化炉とも呼ばれる。）は、竪型円筒状の炉の上部から炉内にガス化対象物（木屑等のバイオマス、都市ごみ等の廃棄物）と不燃性のペレットを充填し、炉底部側でガス化対象物の一部を燃焼させ、その熱によってガス化対象物を熱分解等によりガス化して生成ガスを炉の上部から排出し、炉の底部から燃焼残渣とペレットを抜き出し手段により抜き出すように形成されている。

このような移動床式ガス化炉の始動時には、ガス化対象物が充填されたガス化炉に空気供給手段から燃焼用に空気を送るとともに、ガス化対象物に始動用の着火バーナーを用いて着火するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−２５５２号公報

しかしながら、特許文献１には、始動用の着火バーナーを用いて着火することが記載されているが、具体的な着火装置の構成については配慮されていない。

本発明は、移動床式ガス化炉に適した着火装置を実現することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の移動床式ガス化炉の着火装置は、一面に開口を有し移動床式ガス化炉の炉壁に埋め込まれるチャンバーと、チャンバーの開口を塞いで設けられ炉内に露出される蓄熱体と、蓄熱体を加熱するためにチャンバー内に設けられた発熱源とを備えてなることを特徴とする。

この構成によれば、発熱源により蓄熱体が加熱されると、蓄熱体から放出される熱線により炉内のガス化対象物が加熱され、着火温度まで加熱されると燃焼を開始し、その燃焼が炉内に広がって安定な燃焼層が形成される。

この場合、着火装置を炉の周方向に複数配置することで、炉の断面の着火を速やかに行うことができ、安定した燃焼層を形成することができる。

また、着火装置を炉の全周に連続して配置することで、炉の断面の着火を一層速やかに行うことができる。

また、発熱源を挟んで蓄熱体の反対側に反射板を備えることが好ましい。これにより、発熱源から発生される熱線を効率よく蓄熱体に照射することができる。

また、発熱源には、バーナーを用いることができる。この場合、バーナーが挿入される保護管をチャンバーから炉外に引き出して設けるとともに、チャンバーから炉外に引き出した排気管を設けることが好ましい。これによれば、バーナーを抜き挿し可能となり、メンテナンスが容易になる。また、バーナーの燃焼排ガスは排気管を通り炉外へ排出される。

この場合、排気管に代えて、蓄熱体に、複数の通孔を形成するようにしてもよい。これによれば、バーナーの燃焼ガスが通孔を通って炉内に進入し、ガス化対象物と接触して、効率よく加熱することができる。

本発明によれば、移動床式ガス化炉に適した着火装置を実現することができる。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の移動床式ガス化炉の着火装置の一実施形態の全体構成図、図２は本発明の移動床式ガス化炉の一実施形態の構成を示す概念斜視図、図３は本発明の一実施形態の移動床式ガス化炉の着火装置の断面構成図である。

図２に示すように、ガス化炉１は、例えば、竪型円筒状の炉壁３の頂部に頂壁５、底部に底壁７を備え、上部に可燃性のガス化対象物（例えば、木屑等のバイオマス、都市ごみ等の廃棄物）及び不燃性のペレットが投入される投入口９と、生成ガスを排出する排出口１１が設けられている。炉壁３には、炉高方向の所定の位置に複数の温度センサ１３が設置されている。また、炉壁３の炉高方向の所定の位置に着火装置１５が、例えば、１８０℃ピッチで２箇所に設置されている。炉底部１７には、燃焼用の酸化剤ガス（空気又は酸素等）及び水蒸気を供給するガス化助剤供給口１９が設けられている。ガス化助剤供給口１９は、例えば、ガス化炉１の底部を形成する回転式の抜き出し装置２１の中空の回転軸２３の先端に形成されている。抜き出し装置２１の下部には燃焼残渣とペレットを排出する排出口２５が設けられている。

抜き出し装置２１は、底壁７を貫通して設けられた回転軸２３と、底壁７と設定間隔を隔てて水平方向に延在し、中央部を回転中心として回転軸２３に取り付けられた円盤状の回転テーブル２９と、回転軸２３に連結されたモータ３１を有し、その回転テーブル２９の上面には、回転軸２３付近からテーブルの外周縁に渡って放射状に突出する複数の羽根３３が形成されている。回転テーブル２９の外周下方には、周方向に渡って排出流路が形成され、排出口２５と連通されている。モータ３１を駆動して回転軸２３が回転することにより、ガス化対象物の燃焼残渣等とペレットを半径方向に切り出して排出口２５から排出させるようになっている。

図１及び図３に示すように、本実施の形態の着火装置１５は、一面に開口を有しガス化炉１の炉壁３に埋め込まれるチャンバー３５と、チャンバー３５の開口を塞いで設けられ炉内に露出される蓄熱体３７と、蓄熱体３７を加熱するためにチャンバー３５内に設けられたガスバーナー３９と、ガスバーナー３９の先端部に配置され半円筒状に形成された反射板４１と、チャンバー３５から炉外に引き出された排気管４３とを備えて構成されている。

蓄熱体３７は、蓄熱体取付冶具４５によってチャンバー３５に取り付けられ、ボルト４７で固定されている。蓄熱体３７と蓄熱体取付冶具４５及びチャンバー３５との間の支持部には緩衝材４９、５１が取り付けられている。蓄熱体３７は耐熱性があり、輻射効率の高いもの（例えば、セラミックなど。）が用いられる。

また、チャンバー３５は腐食性のガスに曝されるため、耐食性に優れたもの（例えば、ＳＵＳなど。）が用いられている。また、緩衝材４９、５１には耐熱性に優れたもの（例えばロックウールなど。）が用いられている。

ガスバーナー３９は、円筒状に形成されチャンバー３５から炉外に引き出される保護管５３に抜き挿し可能に設けられている。また、ガスバーナー３９の後端には、燃料となるガスを供給するガス供給口５５と、ガス供給口５５の下流側に酸化剤となる空気を供給する空気供給口５７が設けられ、それぞれ供給口の上流側に接続してガス流量調整バルブ５９及び空気流量調整バルブ６１が設けられている。

また、空気供給口５７の下流側に点火プラグ６３が設けられ、ガスバーナー３９の炉外に突出した端部には着火を確認するための覗き窓６５が設けられている。なお、覗き窓６５の代わりに火炎検知装置（例えば、フレームアイなど）を用いてもよい。

また、チャンバー３５から炉外に引き出された排気管４３は、排気ガス流量調整バルブ６７を介して排気ガスを強制的に排出するためのブロワ６９に連結されている。また、炉外から排気管４３のガス導入口付近に貫通され、チャンバー３５内の排気ガスの温度を監視する温度センサ７１が設けられている。

次に、このように構成されるガス化炉１の動作について図２を用いて説明する。まず、立ち上げ時において、ペレットが炉内に供給される。このペレットは、炉内に供給される酸化剤等の通流性を向上させるためのものである。ペレットが所定量供給されると、適宜乾燥及び粉砕されたガス化対象物及びペレットが炉内に投入される。

次に、ガス化対象物及びペレットが充填されたガス化炉１内に、ガス化助剤供給口１９から酸化剤を供給し、着火装置１５を起動して蓄熱体の輻射熱によりガス化対象物を加熱して（例えば、４００℃以上。）着火させる。そして、酸化剤の供給量を調整し、ガス化対象物を部分燃焼させて、充填層に燃焼帯７３を形成する。この燃焼帯の燃焼熱により、ガス化対象物が熱分解されると、熱分解ガスが発生し、この熱分解ガスはガス化対象物の隙間を通って炉内を上昇し、ガス排出口１１から排出される。

ガス化対象物の部分燃焼及び熱分解等が安定する定常状態になると、炉底部近傍に安定した燃焼帯７３が形成され、その上部には熱分解帯７５が形成され、さらに上部に乾燥帯７７が形成される。ガス化対象物は、例えば約３００℃以上に達すると熱分解されることから、その温度域を超えた充填層の領域が熱分解帯７５となる。

熱分解帯７５では、ガス化対象物が熱分解されて可燃性の熱分解ガス及び炭素（チャ−）が生成される。ここで生成されたチャ−は、燃焼帯７３に流下して燃焼され、燃焼帯７３の温度は１０００℃以上になる。また、熱分解帯７５で生成されたチャ−の一部は、燃焼帯７３に供給される水蒸気と水性ガス化反応し、水性ガス（ＣＯ、Ｈ_２）が生成される。炉内に供給される酸化剤と水蒸気は、生成されたチャ−の殆どが燃焼ガスと水性ガスとなるように、流量調整される。

このようにして生成された熱分解ガスと水性ガスからなる生成ガスは、上層のガス化対象物の隙間を通流する過程で、乾燥帯７７においてガス化対象物を乾燥させる。生成ガスは、ガス化対象物を乾燥させることにより減温（例えば、約２００℃）される。

このように、乾燥帯７７で乾燥されたガス化対象物は、熱分解帯７５に移動して熱分解処理され、続いて燃焼帯７３に移動して熱分解及び燃焼されて灰（燃焼残渣）になる。これらは燃焼帯７３の下層に形成される冷却帯７９を流下し、抜き出し装置２１の回転によってペレットとともに排出口２５に切り出されて炉外に排出される。

抜き出し装置２１によりガス化対象物の燃焼残渣とペレットを底部から抜き出すと、充填層は下方に移動するので、抜き出し量を制御することにより燃焼帯７３や熱分解帯７５が形成される炉高位置を調節することができる。

図１及び図３を用いて本実施の形態の着火装置１５の動作説明をする。図示のように、起動時において、図示していない燃料供給手段から燃料ガス（例えば、プロパンガス）が供給され、ガス流量調整バルブ５９を介してガス供給口５５に供給される。また、図示していない空気供給手段から燃焼用の空気が空気流量調整バルブ６１を介して空気供給口５７に供給される。

次に、ガス流量調整バルブ５９と空気流量調整バルブ６１の開度を適宜調整して、ガスバーナー３９の先端部から燃料ガスを排出させ、点火プラグ６３により着火し燃焼ガスを発生させる。ガスバーナー３９の燃焼ガス及びその輻射熱により直接又は反射板４１を介して蓄熱体３７が加熱される。加熱された蓄熱体３７は、輻射熱により周囲のガス化対象物を着火温度まで加熱する。

ガス化対象物が着火温度まで加熱されると燃焼を開始し、着火したガス化対象物はつぎつぎと炉の断面に燃え広がり、燃焼帯７３を形成することで、炉の断面の着火を速やかに行うことができる。

一方、ガスバーナー３９の燃焼排気ガスはブロワ６９によって排気管４３を介して排出される。この間、温度センサ７１を監視し、排気流量調整バルブ６７、ガス流量調整バルブ５９、空気流量調整バルブ６１をそれぞれ調整して、蓄熱体３７が所定の温度となるように制御する。

燃焼が安定したら、着火装置を停止させる。また、使用後のガスバーナー３９は抜き挿し可能なので、メンテナンスを容易に行うことができる。

また、本実施の形態においては着火装置１５を１８０度対向する２箇所に配置したが、着火装置１５を３箇所又は４箇所に適宜間隔をあけて配置することで、着火をより速やかに行うことができる。

（実施形態２）
図４は本発明の他の一実施形態である移動床式ガス化炉の着火装置の部分の断面構成図、図５は本実施の形態の着火装置の部分を拡大して示す斜視図である。図示のように、本実施の形態は着火装置１５の構造が実施形態１と異なる。その他の構成は実施形態１と同一であることから、同一部品に同一の符号を付して説明を省略する。

ガス化炉１には、炉壁３の全周に渡って一体に成形されたチャンバー８３が設けられている。チャンバー８３の炉内側の壁面には、蓄熱体３７を取付ける開口が炉周方向に間隔をあけて設けられている。また、チャンバー８３は、仕切板８１によって９０度ピッチで空間を仕切られている。

仕切板８１で仕切られたチャンバー８３の各空間にはそれぞれ、リング状のガスバーナー８４が設けられている。また、ガスバーナー８４には複数の穴８５が設けられている。

ガス流量調整バルブ５９と空気流量調整バルブ６１の開度を適宜調整して、穴８５から燃料ガスを排出させ、点火プラグ６３によりに着火し燃焼ガスを発生させる。ガスバーナー８４の燃焼ガス及びその輻射熱により蓄熱体３７が加熱される。加熱された蓄熱体３７は、輻射熱により周囲のガス化対象物を着火温度まで加熱する。

ガス化対象物が着火温度まで加熱されると燃焼を開始し、着火したガス化対象物はつぎつぎと炉の断面に燃え広がり、燃焼帯７３を形成する。このように、１つのガスバーナー８４で複数の蓄熱体３７を同時に加熱するようにしているので、炉の断面の着火を一層速やかに行うことができる。

（実施形態３）
図６は本発明の他の一実施形態である移動床式ガス化炉の着火装置の断面構成図である。図示のように、本実施の形態が実施形態１と異なる点は、蓄熱体３７に通孔８７が設けられ、排気管４３を省略したことにあり、その他の構成は実施形態１と同一であることから、同一部品に同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態の蓄熱体３７は、チャンバー３５から炉内に貫通して通孔８７が形成されている。このように構成すれば、ガスバーナー３９の燃焼ガスが通孔８５を通って炉内に進入し、ガス化対象物と接触して効率よく加熱することができる。また、排気管４３が必要ないので、装置を簡素化することができる。

本実施の形態の通孔８７は炉内に向けて下向きに形成されることが好ましい。この場合、炉内のガス化対象物又は燃焼残渣が通孔８７に進入して、通孔８７を閉塞するのを抑制する効果が期待できる。

ここで、本実施の形態においてはガスバーナー３９の燃料にプロパンガスを使用したが、その他の気体燃料（例えば、ブタン。）でもよく、また、石油バーナーを用いてもよい。すなわち、蓄熱体３７を所定の温度まで加熱できる手段であればこれに限らない。

本実施の形態では発熱源としてガスバーナー３９を用いたが、ガスバーナー３９に代えて電気ヒータを用いることができる。この場合、チャンバー３５から炉外に引き出され配線が挿通される保護管５３を備えるだけでよいので、取り扱いが容易になる。

本発明の移動床式ガス化炉の着火装置の一実施形態の全体構成図である。本発明の移動床式ガス化炉の一実施形態の構成を示す概念斜視図である。本発明の一実施形態の移動床式ガス化炉の着火装置の断面構成図である本発明の他の一実施形態である移動床式ガス化炉の着火装置の部分の断面構成図である。本実施の形態の着火装置の断面構成図である。本発明の他の一実施形態である移動床式ガス化炉の着火装置の断面構成図である。

符号の説明

１ガス化炉
１５着火装置
３５チャンバー
３７蓄熱体
３９ガスバーナー
４１反射板
４３排気管
５５ガス供給口
５７空気供給口
６３点火プラグ

Claims

一面に開口を有し移動床式ガス化炉の炉壁に埋め込まれるチャンバーと、該チャンバーの開口を塞いで設けられ炉内に露出される蓄熱体と、該蓄熱体を加熱するために前記チャンバー内に設けられた発熱源とを備えてなる移動床式ガス化炉の着火装置。
請求項１に記載の着火装置を炉の周方向に複数配置してなる移動床式ガス化炉。
請求項１に記載の着火装置を炉の全周に連続して配置してなる移動床式ガス化炉。
請求項１に記載の移動床式ガス化炉の着火装置において、
前記発熱源を挟んで前記蓄熱体の反対側に反射板を備えてなる移動床式ガス化炉の着火装置。
請求項１に記載の移動床式ガス化炉の着火装置において、
前記発熱源はバーナーであり、さらに、前記チャンバーから炉外に引き出され前記バーナーが挿入される保護管と、前記チャンバーから炉外に引き出された排気管とを備えてなる移動床式ガス化炉の着火装置。
請求項１に記載の移動床式ガス化炉の着火装置において、
前記発熱源はバーナーであり、さらに、前記チャンバーから炉外に引き出され前記バーナーが挿入される保護管を備え、前記蓄熱体には複数の通孔が形成されてなる移動床式ガス化炉の着火装置。
請求項１に記載の移動床式ガス化炉の着火装置において、
前記発熱源は電気ヒータであり、さらに、前記チャンバーから炉外に引き出され配線が挿通される保護管を備えてなる移動床式ガス化炉の着火装置。