JP2009096893A - Gas flow-carrying method, gas flow-carrying device and gasification apparatus - Google Patents
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract
Description
本発明は、気流搬送方法、気流搬送装置及びガス化装置に関し、特に、原料バイオマスを気流搬送により噴流床ガス化炉に供給する気流搬送方法、気流搬送装置及びこれを備えるガス化装置に関する。 The present invention relates to an air current conveying method, an air current conveying apparatus, and a gasifier, and more particularly, to an air current conveying method, an air current conveying apparatus, and a gasifier including the same, which supply raw material biomass to an entrained bed gasification furnace.
近年、化石資源燃料(石炭、石油、天然ガス、灯油、軽油、重油等)の高騰、地球温暖化問題等を背景に、バイオマスをエネルギーとして利用する技術の開発が活発になってきている。 In recent years, against the background of soaring fossil resource fuels (coal, oil, natural gas, kerosene, light oil, heavy oil, etc.), global warming problems, etc., development of technologies that use biomass as energy has become active.
このような技術として、例えば、特許文献1には、粉砕したバイオマスから生成ガスを得るガス化炉内に当該バイオマスを搬送配管を通して供給する粉粒体供給装置が開示されている。この粉粒体供給装置では、水蒸気等を主成分とする搬送ガスによりバイオマスをガス化炉に気流搬送している。 As such a technique, for example, Patent Document 1 discloses a powder and particle supply device that supplies the biomass through a transfer pipe into a gasification furnace that obtains product gas from pulverized biomass. In this granular material supply apparatus, biomass is air-flow conveyed to the gasification furnace by a carrier gas mainly composed of water vapor or the like.
ここで、搬送配管内に酸素等の支燃性ガスが存在すると、ガス化炉から逆火が発生する場合があり、このような場合には、搬送配管内で原料であるバイオマスが燃焼し、設備の損傷の原因となる可能性がある。従って、特許文献1に記載された粉粒体供給装置のような装置を用いた従来の気流搬送は、酸素等の支燃性ガスを含まない窒素や蒸気等を用いて実施されていた。 Here, if a combustion-supporting gas such as oxygen is present in the transfer pipe, backfire may occur from the gasification furnace. In such a case, biomass as a raw material burns in the transfer pipe, It may cause damage to equipment. Therefore, the conventional air current conveyance using an apparatus such as the powder and granular material supply apparatus described in Patent Document 1 has been performed using nitrogen, steam, or the like that does not include a combustion-supporting gas such as oxygen.
しかしながら、バイオマス等の原料を気流搬送にてガス化炉に供給する際に、ガス化炉からの逆火等を防止するために、窒素や蒸気等を搬送ガスとして使用する場合には、窒素や蒸気等を生成して供給するための設備が必要となり、その運転のためのエネルギー消費量が増加してしまう。その結果、気流搬送のための装置やガス化炉を含むガス化装置全体のエネルギー効率が低下し、また、ガス化装置全体の建設費等のコストも増大する、という問題があった。 However, when supplying raw materials such as biomass to the gasifier by airflow conveyance, in order to prevent flashback from the gasification furnace, etc., when using nitrogen or steam as the carrier gas, Equipment for generating and supplying steam or the like is required, and energy consumption for the operation increases. As a result, there has been a problem that the energy efficiency of the entire gasifier including the apparatus for airflow conveyance and the gasification furnace is reduced, and the construction cost of the entire gasifier is increased.
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、バイオマスを気流搬送により噴流床ガス化炉に供給する気流搬送方法、気流搬送装置及びこれを備えるガス化装置において、設備の損傷を防止するとともに、ガス化装置全体のエネルギー効率を向上させることを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and in the airflow conveying method, the airflow conveying apparatus, and the gasifier including the same, the biomass is supplied to the spouted bed gasification furnace by airflow conveyance. The purpose is to improve the energy efficiency of the entire gasifier.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、搬送ガスとして空気を用いて気流搬送を行う際に、この空気の流速を適切に制御することにより、噴流床ガス化炉からの逆火の発生を防止できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention have carried out airflow conveyance using air as a carrier gas, thereby appropriately controlling the flow rate of the air, thereby enabling the formation of spouted bed gasification. It has been found that the occurrence of flashback from the furnace can be prevented, and the present invention has been completed based on this finding.
ここで、バイオマスは、従来からガス化反応の原料として使用されている微粉炭と、粒径、気流搬送における固気比、品質の均一性のおいて著しい差異があるため、バイオマスのガス化の気流搬送特性及び噴流床ガス化炉からの逆火などの挙動を、微粉炭のガス化から想定することは困難である。また、バイオマスのガス化の気流搬送特性及び噴流床ガス化炉からの逆火などの挙動ついての検討は、これまでには報告されていない。 Here, biomass is significantly different from pulverized coal that has been conventionally used as a raw material for gasification reactions in terms of particle size, solid-gas ratio in airflow conveyance, and quality uniformity. It is difficult to envisage behaviors such as airflow characteristics and backfire from the spouted bed gasifier from the gasification of pulverized coal. In addition, no studies have been reported on the gas flow characteristics of biomass gasification and behavior such as flashback from a spouted bed gasifier.
すなわち、本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
(1) バイオマスを気流搬送により噴流床ガス化炉へ供給する気流搬送方法において、前記気流搬送は、搬送ガスとして空気を用いて行い、前記気流搬送における空気の流速を所定範囲に制御することを特徴とする、気流搬送方法。
(2) 前記気流搬送における空気の流速は、15.2m/sec〜60.2m/secであることを特徴とする、(1)に記載の気流搬送方法。
(3) 前記バイオマスの平均粒径は、2mm〜5mmであることを特徴とする、(1)または(2)に記載の気流搬送方法。
(4) 前記気流搬送における固気比を1〜10とすることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれかに記載の気流搬送方法。
(5) 前記バイオマスの品質の均一性(L/D)は、3〜10であることを特徴とする、(1)〜(4)のいずれかに記載の気流搬送方法。
(6) 原料としてのバイオマスを供給する原料供給部と、搬送ガスとしての空気を供給する空気供給部と、前記原料供給部から供給されたバイオマスと前記空気供給部から供給された空気とを混合し、前記バイオマスを噴流床ガス化炉まで空気により気流搬送する搬送部と、を備え、前記気流搬送における空気の流速を所定範囲に制御することを特徴とする、気流搬送装置。
(7) 前記気流搬送における空気の流速は、15.2m/sec〜60.2m/secであることを特徴とする、(6)に記載の気流搬送装置。
(8) 前記バイオマスの平均粒径は、2mm〜5mmであることを特徴とする、(6)または(7)のいずれかに記載の気流搬送装置。
(9) 前記原料供給部及び前記空気供給部は、前記気流搬送における固気比が1〜10となるように、供給する前記バイオマス及び空気の供給量を制御することを特徴とする、(6)〜(8)に記載の気流搬送装置。
(10) 前記バイオマスの品質の均一性(L/D)は、3〜10であることを特徴とする、(6)〜(9)に記載の気流搬送装置。
(11) (6)〜(10)のいずれかに記載の気流搬送装置と、前記気流搬送装置から供給されたバイオマスをガス化する噴流床ガス化炉と、を備えることを特徴とする、ガス化装置。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) In the airflow conveyance method for supplying biomass to the spouted bed gasifier by airflow conveyance, the airflow conveyance is performed using air as a carrier gas, and the flow velocity of air in the airflow conveyance is controlled within a predetermined range. An air flow conveying method characterized by the above.
(2) The airflow conveying method according to (1), wherein a flow velocity of air in the airflow conveying is 15.2 m / sec to 60.2 m / sec.
(3) The airflow conveyance method according to (1) or (2), wherein the average particle size of the biomass is 2 mm to 5 mm.
(4) The air-flow conveying method according to any one of (1) to (3), wherein the solid-gas ratio in the air-flow conveying is 1 to 10.
(5) The air quality conveying method according to any one of (1) to (4), wherein the quality uniformity (L / D) of the biomass is 3 to 10.
(6) A raw material supply unit that supplies biomass as a raw material, an air supply unit that supplies air as a carrier gas, biomass supplied from the raw material supply unit, and air supplied from the air supply unit are mixed And an air flow conveying device, wherein the biomass is transported by air to the entrained bed gasification furnace, and the flow velocity of air in the air flow conveyance is controlled within a predetermined range.
(7) The airflow conveyance device according to (6), wherein a flow velocity of air in the airflow conveyance is 15.2 m / sec to 60.2 m / sec.
(8) The airflow conveying device according to any one of (6) and (7), wherein the average particle size of the biomass is 2 mm to 5 mm.
(9) The raw material supply unit and the air supply unit control the supply amount of the biomass and air to be supplied so that the solid-gas ratio in the air flow conveyance is 1 to 10, (6) ) To (8).
(10) The airflow conveyance device according to (6) to (9), wherein the quality uniformity (L / D) of the biomass is 3 to 10.
(11) A gas comprising the airflow conveying device according to any one of (6) to (10) and a spouted bed gasification furnace for gasifying biomass supplied from the airflow conveying device. Device.
本発明によれば、バイオマスを気流搬送により噴流床ガス化炉に供給する気流搬送方法、気流搬送装置及びこれを備えるガス化装置において、搬送ガスとしての空気の流速を適切に制御することにより、噴流床ガス化炉からの逆火の発生を防止するとともに、従来必要であった窒素や蒸気等を生成して供給するための設備を不要とすることが可能である。したがって、本発明によれば、設備の損傷を防止するとともに、ガス化装置全体のエネルギー効率を向上させることができる。 According to the present invention, by appropriately controlling the flow velocity of air as a carrier gas in an air current conveyance method, an air current conveyance device, and a gasification device including the same, which supply biomass to an entrained bed gasification furnace by air current conveyance, While preventing the occurrence of flashback from the spouted bed gasifier, it is possible to eliminate the need for facilities for generating and supplying nitrogen, steam, etc., which were conventionally required. Therefore, according to this invention, while preventing damage to an installation, the energy efficiency of the whole gasification apparatus can be improved.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
[一般的な気流搬送装置及びガス化装置の構成及び動作]
本発明の一実施形態に係る気流搬送装置について説明するのに先立ち、まず、図2に基づいて、一般的な気流搬送装置及びこれを備えるガス化装置の構成及び動作について説明する。なお、図2は、一般的な気流搬送装置を備えるガス化装置100の構成を示す説明図である。
[Configuration and operation of general air current conveying device and gasifier]
Prior to describing an airflow conveying device according to an embodiment of the present invention, first, the configuration and operation of a general airflow conveying device and a gasifier including the same will be described with reference to FIG. In addition, FIG. 2 is explanatory drawing which shows the structure of the
ガス化装置100は、原料としてのバイオマスをガス化して燃料や化学原料となるガスを製造する装置であり、バイオマスをガス化した燃料ガスを、例えば、発電装置200等に供給する。このガス化装置100は、具体的には、図2に示すように、主に、原料供給装置110と、搬送ガス供給装置120と、混合装置130と、搬送配管装置140と、ガス化バーナ150と、ガス化炉160と、除塵装置170と、ガス精製装置180とを有する。
The
また、一般的な気流搬送装置は、原料としてのバイオマスをガス化炉160に気流搬送により供給する装置であり、具体的には、上記ガス化装置100に挙げた構成のうち、原料供給装置110、搬送ガス供給装置120、混合装置130及び搬送配管装置140により主に構成される。
Moreover, a general airflow conveying apparatus is an apparatus that supplies biomass as a raw material to the
原料供給装置110は、原料としてのバイオマスを混合装置130に供給する。
The raw
搬送ガス供給装置120は、バイオマスを搬送する搬送ガスを混合装置130に供給する。このガス化装置100においては、搬送ガスとして、窒素や蒸気等を使用する。
The carrier
混合装置130は、原料供給装置110から供給されたバイオマスと、搬送ガス供給装置120から供給された窒素や蒸気等の搬送ガスとを混合する。
The
搬送配管装置140は、混合装置130で搬送ガスと混合されたバイオマスをガス化炉160まで気流搬送する搬送路である。
The conveying
ガス化バーナ150は、搬送配管装置140内を搬送されたバイオマスを空気等とともにガス化炉160に噴出して、バイオマスを燃焼させる。
The
ガス化炉160は、その内部でバイオマスを燃焼させ、部分酸化反応により水素及び一酸化炭素を主成分とする生成ガスを発生させる。このガス化炉160の内部では、部分酸化反応を均一に制御することにより、原料であるバイオマスの完全燃焼分を適正に制御することが可能である。
The gasification furnace 160 burns biomass therein and generates a product gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide by a partial oxidation reaction. Inside the
除塵装置170は、ガス化炉160においてバイオマスがガス化された生成ガス中のダスト及びタールの一部(高沸点成分)を除去する。
The
ガス精製装置180は、除塵装置170でダスト及びタールの高沸点成分が除去された生成ガス中のダスト及び残存タール分(低沸点成分)や、アンモニア、塩化水素、硫酸ガス等を除去し、燃料ガスとする。この燃料ガスは、発電装置200に供給される。
The
なお、発電装置200の形式によっては、許容される燃料ガスの発熱量は異なるが、例えば、ガスエンジンの場合の許容最低発熱量は、1500kcal/Nm3程度とされている。
Note that, although the allowable amount of heat generation of the fuel gas varies depending on the type of the
ここで、一般的な気流搬送装置(ガス化装置100)において、搬送配管装置140内に酸素等の支燃性ガスが存在すると、ガス化炉160から逆火が発生する場合があり、このような場合には、搬送配管装置140内で原料であるバイオマスが燃焼し、設備の損傷の原因となる可能性がある。そのため、上述したように、一般的な気流搬送装置(ガス化装置100)においては、搬送ガスとして、酸素等の支燃性ガスを含まない窒素や蒸気などを使用し、搬送配管装置140による気流搬送が行われている。
Here, in a general air flow transfer device (gasification device 100), if a combustion-supporting gas such as oxygen is present in the
しかしながら、原料であるバイオマスを気流搬送にてガス化炉160に供給する際に、ガス化炉160からの逆火等を防止するために、窒素や蒸気等を搬送ガスとして使用する場合には、窒素や蒸気等を生成して供給するための設備が別途必要となり、その設備の運転のためのエネルギー消費量が増加してしまう。その結果、エネルギー消費量の増加により、気流搬送装置やガス化炉160を含むガス化装置100全体のエネルギー効率が低下し、また、ガス化装置100全体の建設費等のコストも増大する、という問題があった。
However, when supplying biomass, which is a raw material, to the
[本発明の一実施形態に係る気流搬送装置及びガス化装置の構成及び動作]
そこで、本発明の一実施形態に係る気流搬送装置及びこれを備えるガス化装置においては、搬送ガスとして空気を用いて気流搬送を行い、この際に空気の流速を適切に制御することにより、ガス化炉からの逆火の発生を防止している。
[Configuration and Operation of Airflow Conveying Device and Gasification Device According to One Embodiment of the Present Invention]
Therefore, in the air flow conveying device according to an embodiment of the present invention and the gasification apparatus equipped with the same, air is conveyed using air as the carrier gas, and the air flow rate is controlled appropriately at this time. Prevents flashback from the furnace.
以下、図1に基づいて、本実施形態に係る気流搬送装置及びこれを備えるガス化装置の構成及び動作について説明する。なお、図1は、本実施形態に係る気流搬送装置を備えるガス化装置10の構成を示す説明図である。
Hereinafter, based on FIG. 1, the structure and operation | movement of the airflow conveying apparatus which concerns on this embodiment, and a gasification apparatus provided with the same are demonstrated. In addition, FIG. 1 is explanatory drawing which shows the structure of the
ガス化装置10は、原料としてのバイオマスをガス化して燃料や化学原料となるガスを製造する装置であり、バイオマスをガス化した燃料ガスを、例えば、発電装置20等に供給する。このガス化装置10は、具体的には、図1に示すように、主に、原料供給装置11と、搬送ガス供給装置12と、混合装置13と、搬送配管装置14と、ガス化バーナ15と、噴流床ガス化炉16と、除塵装置17と、ガス精製装置18と、流量計測器F1と、2つの圧力計測器P1,P2と、温度計測器T1と、を有する。
The
また、本実施形態に係る気流搬送装置は、原料としてのバイオマスを噴流床ガス化炉16に気流搬送により供給する装置であり、具体的には、上記ガス化装置10に挙げた構成のうち、原料供給装置11、搬送ガス供給装置12、搬送部(混合装置13、搬送配管装置14)、流量計測器F1、圧力計測器P1,P2、及び温度計測器T1により主に構成される。
Moreover, the airflow conveying apparatus which concerns on this embodiment is an apparatus which supplies the biomass as a raw material to the spouted
原料供給装置11は、原料としてのバイオマスを混合装置13に供給する。この原料供給装置11は、バイオマスの供給量を調整することができ、これにより、後述するように、気流搬送における固気比を制御することができる。
The raw
ここで、本実施形態におけるバイオマスとは、具体的には、例えば、農業系バイオマス(麦わら、サトウキビ、米糠、草木等)、林業系バイオマス(製紙廃棄物、製材廃材、除間伐材、薪炭林等)、畜産系バイオマス(家畜廃棄物)、水産系バイオマス(水産加工残滓)、廃棄物系バイオマス(生ゴミ、ゴミ固形化燃料(RDF:Refused Derived Fuel)、庭木、建設廃材、下水汚泥等)などを指す。 Here, the biomass in the present embodiment specifically includes, for example, agricultural biomass (straw, sugar cane, rice straw, vegetation, etc.), forestry biomass (paper waste, sawn timber, thinned thinning wood, firewood charcoal forest, etc. ), Livestock biomass (livestock waste), aquaculture biomass (fishery processing residue), waste biomass (raw garbage, refuse-derived fuel (RDF), garden trees, construction waste, sewage sludge, etc.) Point to.
本実施形態に係るガス化反応に使用するバイオマスの大きさとしては、平均粒径が2mm〜5mmのものを使用することができる。 As a magnitude | size of the biomass used for the gasification reaction which concerns on this embodiment, a thing with an average particle diameter of 2 mm-5 mm can be used.
ここで、一般的な破砕機は、スクリーンを付帯しており、破砕後にスクリーン孔を通過したものが破砕品となり、その大きさはスクリーンの孔以下となる。従って、本実施形態では、例えばスクリーン孔が2mmである場合は、「平均粒径2mm」と表現しており、「粒径2mm以下の粒子」と同義である。 Here, a general crusher is accompanied by a screen, and a product that has passed through the screen hole after crushing becomes a crushed product, and its size is equal to or smaller than the screen hole. Therefore, in this embodiment, for example, when the screen hole is 2 mm, it is expressed as “average particle diameter 2 mm”, which is synonymous with “particles having a particle diameter of 2 mm or less”.
また、原料を気流搬送する場合、粒径が小さく且つ大きさが揃っていると原料の挙動を想定し易いが、粒径が大きく且つ不揃いな場合は原料の挙動を想定することは困難である。バイオマスは繊維組織を持つものが多いため、微粉炭並みに微小且つ大きさを揃えるためには、破砕機の動力が著しく増加し(平均粒径を1mmにするための動力は平均粒径を2mmにする場合の数倍の動力を有する)、経済性から非現実的となるため、平均粒径2mm〜5mmのものを使用することが一般的である。 In addition, when the raw material is conveyed by air flow, it is easy to assume the behavior of the raw material if the particle size is small and the size is uniform, but if the particle size is large and uneven, it is difficult to assume the behavior of the raw material. . Since many biomasses have a fiber structure, the power of the crusher is remarkably increased in order to make the size and size as fine as pulverized coal (the power to make the average particle size 1 mm is 2 mm in average particle size). In order to make it unrealistic from the viewpoint of economy, it is common to use those having an average particle diameter of 2 mm to 5 mm.
なお、一般的にガス化反応に用いられる微分炭の平均粒径は50〜70μm程度であり、本実施では微分炭の最大100倍程度の大きさで粒子の大きさが不揃いであるバイオマスを取り扱っており、その挙動は著しく相違する。 In addition, the average particle diameter of the differential coal generally used for the gasification reaction is about 50 to 70 μm, and in the present embodiment, biomass having a size of about 100 times the maximum size of the differential coal and irregular particle sizes is handled. And their behavior is significantly different.
また、粒子径、平均粒径の測定方法としては、例えば、レーザー回折方式を用いることができる。 Moreover, as a measuring method of a particle diameter and an average particle diameter, a laser diffraction system can be used, for example.
また、本実施形態に係るガス化反応に使用するバイオマスは、その品質の均一性(L/D)が3〜10のものを使用することができる。バイオマスは繊維組織を持つものが多いため、鉱物である石炭と異なり、破砕した場合、ほとんどの粒子が細長い形状となり、長手方向の長さ(L)と直径(D)に差が出来てしまう。そこで、粒子の形状の指標としてL/D(長さ/直径)を用い、これを品質の均一性とした。 Moreover, the biomass used for the gasification reaction which concerns on this embodiment can use the thing whose uniformity (L / D) of the quality is 3-10. Since many biomasses have a fiber structure, unlike coal, which is a mineral, when crushed, most of the particles have an elongated shape, resulting in a difference in length (L) and diameter (D) in the longitudinal direction. Therefore, L / D (length / diameter) was used as an index of the shape of the particles, and this was regarded as quality uniformity.
ここで、鉱物のように均一性(L/D)が1に近い粒子は球形に近くなるので、その挙動は従来の粉体工学から想定し易い。一方、バイオマスのように均一性(L/D)が大きい粒子では粒子同士が絡まり合い綿状となるため、その挙動は従来の粉体工学から想定することは困難である。 Here, since a particle having a uniformity (L / D) close to 1 like a mineral is close to a sphere, its behavior is easily assumed from conventional powder engineering. On the other hand, particles having a large uniformity (L / D) such as biomass are entangled with each other to form a cotton shape, and it is difficult to assume the behavior from conventional powder engineering.
バイオマスは繊維組織を持つものが多いため、微粉炭並みにL/Dを揃えるためには破砕機の動力が著しく増加し、経済性から非現実的となるため、L/Dが3〜8の粒子を使用することが一般的である。 Since most biomass has a fiber structure, the power of the crusher is remarkably increased in order to make the L / D equal to that of pulverized coal. It is common to use particles.
なお、一般的にガス化反応に用いられる微分炭の均一性(L/D)は1〜1.5であり、本実施形態で使用されるバイオマスの均一性(L/D)とは著しく相違する。 In addition, generally the uniformity (L / D) of the differential charcoal used for the gasification reaction is 1 to 1.5, which is significantly different from the uniformity (L / D) of the biomass used in the present embodiment. To do.
搬送ガス供給装置12は、バイオマスを搬送する搬送ガスを混合装置13に供給する。本実施形態に係るガス化装置10においては、上述したように、搬送ガスとして空気を使用する。搬送ガス供給装置12としては、上述した一般的な気流搬送装置のように、搬送ガスを供給するための特別な設備を別途設ける必要が無く、例えば、ブロワーや圧縮機等の簡易な機器を使用することにより、搬送ガスの供給及びその流速の制御を行うことができる。このブロワーまたは圧縮機により空気の流速を適切に制御することにより、噴流床ガス化炉16からの逆火の発生を防止できる。従って、従来必要であった窒素や蒸気等を生成して供給するための特別な設備を別途設けることが不要となる。これにより、設備の損傷を防止するとともに、ガス化装置10全体のエネルギー効率を向上させることができる。また、ブロワーまたは圧縮機により空気の供給量を調整することで、原料供給装置11とともに、気流搬送における固気比を制御することができる。
The carrier
混合装置13は、原料供給装置11から供給されたバイオマスと、搬送ガス供給装置12から供給された空気とを混合する。この混合装置13において、気流搬送における固気比が調整され、空気と混合されたバイオマスが搬送配管装置14へ供給される。固気比は、上述したように、原料供給装置11から供給するバイオマスの供給量及び搬送ガス供給装置12から供給する空気の供給量を調整することにより制御される。
The mixing
ここで、本実施形態における固気比とは、気流搬送の際の単位時間における固体(バイオマス)の質量(kg)を空気の質量(kg)で除した値であり、下記式(1)で表される。
固気比=単位時間におけるバイオマスの質量(kg)/単位時間における空気の質量(kg) ・・・(1)
Here, the solid-gas ratio in the present embodiment is a value obtained by dividing the mass (kg) of the solid (biomass) in the unit time during the airflow conveyance by the mass (kg) of air, and is expressed by the following formula (1). expressed.
Solid-gas ratio = mass of biomass in unit time (kg) / mass of air in unit time (kg) (1)
本実施形態に係る気流搬送装置では、上記固気比が1〜10となるように制御することが好ましい。ここで、一般的には、固気比が小さいほど配管内の閉塞が起こり難いが、効率、品質及び設備費の観点からは、固気比が大きいほど望ましい。なお、一般的な微粉炭のガス化反応の場合、気流搬送における固気比は、10〜30程度であり、本実施形態に係る気流搬送における固気比とは著しく相違する。 In the airflow conveyance device according to the present embodiment, it is preferable to control the solid-gas ratio to be 1 to 10. Here, in general, the smaller the solid-gas ratio, the less likely that the clogging in the pipe will occur. However, the larger the solid-gas ratio is desirable from the viewpoint of efficiency, quality, and equipment cost. In the case of a general pulverized coal gasification reaction, the solid-gas ratio in the air current conveyance is about 10 to 30, which is significantly different from the solid-gas ratio in the air current conveyance according to the present embodiment.
搬送配管装置14は、混合装置13で搬送ガスと混合されたバイオマスを噴流床ガス化炉16まで気流搬送する。本実施形態に係る気流搬送装置においては、搬送配管装置14内における気流搬送の際の搬送ガスである空気の流速を所定範囲(例えば、10m/sec〜100m/sec程度)に制御する。これにより、搬送ガスとして、支燃性ガスである酸素を含む空気を用いて気流搬送を行った場合であっても、噴流床ガス化炉16からの逆火の発生を防止することができる。具体的には、後述する実施例における逆火が発生しない流速を確認する実験結果から、気流搬送の際の空気の流速を15.2m/sec〜60.2m/secの範囲に制御することが好ましい。空気の流速が15.2m/sec未満であると、噴流床ガス化炉16からの逆火が発生するおそれがある。なお、空気の流速が速すぎると、圧力損失による効率低下や、配管振動などの機械的な問題が発生するおそれがある。
The
以上説明した混合装置13と搬送配管装置14とで、本実施形態に係る搬送部を構成している。
The mixing
ここで、本実施形態においては、空気の流速を適正範囲である15.2m/sec〜60.2m/secの範囲に制御するために、例えば、搬送ガス供給装置12としてブロワーまたは圧縮機を用いて、搬送ガス供給装置12から供給される空気の流量を制御している。
Here, in the present embodiment, for example, a blower or a compressor is used as the carrier
また、本実施形態では、空気の流速の測定は、流量計測器F1、圧力計測器P1,P2、及び温度計測器T1を用いて行う。 In the present embodiment, the measurement of the air flow rate is performed using the flow rate measuring device F1, the pressure measuring devices P1 and P2, and the temperature measuring device T1.
流量計測器F1は、搬送配管装置14の上流側の搬送ガス供給装置12と混合装置13との間に設置され、搬送ガス供給装置12から供給される空気の流量を計測する。圧力計測器P1は、搬送配管装置14の上流側の搬送ガス供給装置12と混合装置13との間に設置され、搬送ガス供給装置12から供給される空気の圧力を計測する。圧力計測器P2は、噴流床ガス化炉16に設置され、噴流床ガス化炉16内の圧力を計測する。温度計測器T1は、噴流床ガス化炉16に設置され、噴流床ガス化炉16内の温度を計測する。
The flow rate measuring device F <b> 1 is installed between the carrier
以上のような流量計測器F1、圧力計測器P1,P2、及び温度計測器T1の計測値を用いて温度補正・圧力補正を行うことにより、気流搬送の際の空気の流速を算出する。具体的には、ボイル・シャルルの法則に基づき、例えば、搬送配管装置14の入口にて流量計測器F1、温度計測器(図示せず)及び圧力計測器P1により搬送ガスである空気のモル流量を算出し、搬送配管装置14の出口にて、圧力計測器P2及び温度計測器T1により計測する温度および圧力を用いて、搬送配管装置14入口で算出したモル流量を体積流量に換算し、配管断面積で除することにより流速を算出することができる。そして、この算出された空気の流速が所定の範囲になるように制御する。
By performing temperature correction and pressure correction using the measurement values of the flow rate measuring device F1, the pressure measuring devices P1 and P2, and the temperature measuring device T1 as described above, the flow velocity of air at the time of airflow conveyance is calculated. Specifically, based on Boyle-Charles' law, for example, the flow rate of air as a carrier gas is measured by a flow rate measuring device F1, a temperature measuring device (not shown) and a pressure measuring device P1 at the inlet of the
ガス化バーナ15は、搬送配管装置14内を搬送されたバイオマスを空気等とともに噴流床ガス化炉16に噴出して、バイオマスを燃焼させる。
The
噴流床ガス化炉16は、気流搬送装置の搬送配管装置14からガス化バーナ15を通して供給されたバイオマスをガス化する。供給されたバイオマスは、噴流床ガス化炉16の内部で燃焼し、部分酸化反応により水素及び一酸化炭素を主成分とする生成ガスを発生する。この噴流床ガス化炉16の内部では、部分酸化反応を均一に制御することにより、原料であるバイオマスの完全燃焼分を適正に制御することが可能である。
The spouted
除塵装置17は、噴流床ガス化炉16においてバイオマスがガス化された生成ガス中のダスト及びタールの一部(高沸点成分)を除去する。
The
ガス精製装置18は、除塵装置17でダスト及びタールの高沸点成分が除去された生成ガス中のダスト及び残存タール分(低沸点成分)や、アンモニア、塩化水素、硫酸ガス等を除去し、燃料ガスとする。この燃料ガスは、発電装置20に供給される。
The
[本発明の一実施形態に係る気流搬送方法]
以上、本実施形態に係る気流搬送装置及びこれを備えるガス化装置10の構成について説明したが、以下、このような構成を有する気流搬送装置を利用した本実施形態に係る気流搬送方法について説明する。
[Airflow Conveying Method According to an Embodiment of the Present Invention]
As described above, the configuration of the airflow conveying device according to the present embodiment and the
本実施形態に係る気流搬送方法は、バイオマスを気流搬送により噴流床ガス化炉へ供給する気流搬送方法であり、気流搬送の際の搬送ガスとして空気を用い、この空気の流速を所定範囲に制御することが重要である。すなわち、搬送ガスとして用いる空気の流速を所定の範囲に制御することにより、気流搬送の際の搬送ガスとして空気を用いる場合であっても、噴流床ガス化炉からの逆火の発生を防止することができる。 The airflow conveying method according to the present embodiment is an airflow conveying method for supplying biomass to the spouted bed gasification furnace by airflow conveying, using air as a conveying gas at the time of airflow conveying, and controlling the flow rate of this air within a predetermined range. It is important to. That is, by controlling the flow velocity of the air used as the carrier gas within a predetermined range, even if air is used as the carrier gas at the time of air current conveyance, the occurrence of flashback from the spouted bed gasifier is prevented. be able to.
このように、噴流床ガス化炉からの逆火の発生を防止するために適切な流速の範囲としては、本発明者らが行った実験結果から(後述の実施例を参照)、15.2m/sec〜60.2m/secの範囲とすることが好ましいことが確認されている。ここで、空気の流速が15.2m/sec未満であると、噴流床ガス化炉16からの逆火が発生するおそれがある。
As described above, from the results of experiments conducted by the present inventors (see Examples described later), the flow velocity range suitable for preventing the occurrence of flashback from the spouted bed gasifier is 15.2 m. / Sec to 60.2 m / sec has been confirmed to be preferable. Here, if the flow velocity of air is less than 15.2 m / sec, there is a risk of backfire from the spouted
また、本実施形態に係る気流搬送方法で用いられるバイオマスの大きさとしては、平均粒径が2mm〜5mmのものを使用することができる。 Moreover, as a magnitude | size of the biomass used with the airflow conveyance method which concerns on this embodiment, a thing with an average particle diameter of 2 mm-5 mm can be used.
また、本実施形態に係る気流搬送方法で用いられるバイオマスとしては、その品質の均一性(L/D)が3〜10のものを使用することが好ましい。 Moreover, as a biomass used with the airflow conveyance method which concerns on this embodiment, it is preferable to use the thing whose uniformity (L / D) of the quality is 3-10.
また、本実施形態に係る気流搬送方法では、気流搬送における固気比が1〜10となるように制御することが好ましい。 Moreover, in the airflow conveyance method which concerns on this embodiment, it is preferable to control so that the solid-gas ratio in airflow conveyance may be set to 1-10.
なお、本実施形態に係る気流搬送方法において、上記で説明した事項以外の、本実施形態で使用できるバイオマスの例、流速の測定方法、バイオマスの平均粒径の測定方法、均一性(L/D)の定義及び測定方法、固気比の定義等については、本実施形態に係る気流搬送装置で説明したとおりであるので、詳細は省略する。 In addition, in the airflow conveying method according to the present embodiment, examples of biomass that can be used in the present embodiment other than the matters described above, a method for measuring a flow rate, a method for measuring an average particle size of biomass, and uniformity (L / D The definition and measurement method, the definition of the solid-gas ratio, and the like are the same as those described in the airflow conveyance device according to the present embodiment, and thus the details are omitted.
このように、本実施形態に係る気流搬送装置及び気流搬送方法によれば、バイオマスを気流搬送する際の搬送ガスとして空気を使用することができるので、従来必要であった窒素や蒸気等を生成して供給するための設備を不要とし、これにより、ガス化装置10全体のエネルギー効率を向上させることができる。具体的には、例えば、ガス化装置により生成したガスを発電装置に使用する場合を考えると、発電能力に対して、自家消費が50%であり、搬送ガス供給装置としてN2製造装置を使用した場合には、N2製造装置は自家消費のうちの1/4(発電能力に対して12.5%)となる。従って、本実施形態に係る気流搬送装置及び気流搬送方法によれば、実際に利用できる電力(送電端)は62.5÷50=1.25(倍)となる。すなわち、ガス化装置全体のエネルギー効率が25%改善される。
As described above, according to the airflow conveyance device and the airflow conveyance method according to the present embodiment, air can be used as a conveyance gas when the biomass is airflow-transported, and thus nitrogen, steam, and the like that are conventionally necessary are generated. This eliminates the need for equipment to be supplied, thereby improving the energy efficiency of the
以下に、実施例を用いてさらに具体的に説明する。本実施例においては、噴流床ガス化炉からの逆火が発生しないようにするための搬送ガスである空気の流速についての検証を行った。 Hereinafter, a more specific description will be given using examples. In the present embodiment, verification was performed on the flow velocity of air, which is a carrier gas, to prevent backfire from the spouted bed gasifier.
本実施例では、図2に示したような、処理規模150kg/h(ガス化できるバイオマス量)のバイオマスガス化プラントを利用して行った。具体的には、上述した搬送配管装置14としては20Aの鋼管2本を用い、搬送ガス供給装置12としては空気圧縮機を用い、空気を用いた気流搬送により、原料バイオマスを噴流床ガス化炉に供給する試験を実施し、噴流床ガス化炉から搬送配管装置への逆火が発生しない空気の流速を特定した。噴流床ガス化炉におけるガス化運転中のガス化温度は、1,100℃程度とした。また、空気の流速は、搬送配管装置の上流側に設置した流量計測器及び圧力計測器、噴流床ガス化炉に設置した圧力計測器及び温度計測器を用いて、上述したように温度圧力補正を行った。バイオマス原料としては、5mm以下に破砕された木材チップ及びビール製造により発生した麦粕を使用した。均一性L/Dは、無作為に採取した原料1kgを6〜7回縮分し、採取した10gを顕微鏡で観察して平均値を算出した。このような条件で、下記表1に示す流速の空気により気流搬送することにより、支燃性ガスである酸素を含む空気を用いて気流搬送しても、噴流床ガス化炉からの逆火が発生せず、安全にガス化運転を行うことができることを確認した。
In the present example, a biomass gasification plant having a processing scale of 150 kg / h (amount of biomass that can be gasified) as shown in FIG. 2 was used. Specifically, two 20A steel pipes are used as the
一方、比較例として、図1に示したようなバイオマスガス化プラントを利用して行った。具体的には、搬送ガスとして窒素を用い、搬送ガス供給装置120として窒素供給装置を用いて同様の運転を実施し、逆火の発生の有無を確認した。その結果、本実施例による空気を用いた気流搬送は、窒素を用いた気流搬送と同様の条件で逆火の発生が生じないということを確認した。
On the other hand, as a comparative example, a biomass gasification plant as shown in FIG. 1 was used. Specifically, the same operation was performed using nitrogen as the carrier gas and a nitrogen supply device as the carrier
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this example. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
例えば、上述した実施形態においては、気流搬送の際の空気の流速の制御を搬送ガス供給装置が行っている場合について説明したが、気流搬送の際の空気の流速の制御は、混合装置や搬送配管装置が行ってもよい。 For example, in the above-described embodiment, the case where the carrier gas supply device performs control of the air flow rate during the airflow conveyance has been described. However, the control of the air flow velocity during the airflow conveyance is performed by the mixing device or the conveyance device. A piping device may do.
また、上述した実施形態においては、ガス化装置10に除塵装置17やガス精製装置18が設けられている場合について説明したが、除塵装置17やガス精製装置18は必ずしも設けられている必要はなく、噴流床ガス化炉においてガス化された生成ガスの用途等に応じて、必要に応じて設けられていればよい。
In the above-described embodiment, the case where the
10 ガス化装置
11 原料供給装置
12 空気供給装置
13 混合装置
14 搬送配管装置
15 ガス化バーナ
16 噴流床ガス化炉
17 除塵装置
18 ガス精製装置
F1 流量計測器
P1 圧力計測器
P2 圧力計測器
T1 温度計測器
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記気流搬送は、搬送ガスとして空気を用いて行い、
前記気流搬送における空気の流速を所定範囲に制御することを特徴とする、気流搬送方法。 In the air flow conveying method of supplying biomass to the spouted bed gasifier by air flow conveyance,
The air flow conveyance is performed using air as a carrier gas,
An airflow conveying method, wherein a flow velocity of air in the airflow conveying is controlled within a predetermined range.
搬送ガスとしての空気を供給する搬送ガス供給部と、
前記原料供給部から供給されたバイオマスと前記搬送ガス供給部から供給された空気とを混合し、前記バイオマスを噴流床ガス化炉まで空気により気流搬送する搬送部と、
を備え、
前記気流搬送における空気の流速を所定範囲に制御することを特徴とする、気流搬送装置。 A raw material supply unit for supplying biomass as a raw material;
A carrier gas supply unit for supplying air as a carrier gas;
Mixing the biomass supplied from the raw material supply unit and the air supplied from the carrier gas supply unit, and conveying the biomass by air flow to the spouted bed gasifier,
With
An airflow conveying apparatus that controls a flow rate of air in the airflow conveying to a predetermined range.
前記気流搬送装置から供給されたバイオマスをガス化する噴流床ガス化炉と、
を備えることを特徴とする、ガス化装置。 The airflow conveying device according to any one of claims 6 to 10,
A spouted bed gasification furnace for gasifying biomass supplied from the airflow conveying device;
A gasification apparatus comprising:
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