JP2010013583A - バイオマス燃料を用いたガス化設備及びガス化発電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 凝集性が高い粉体炭化物を生成するバイオマス燃料を原料とした場合でも良好に所望の可燃性ガスを安定して得ることができるバイオマス燃料を用いたガス化設備を提供する。
【解決手段】 バイオマス燃料を炭化処理して熱分解ガスと固形粒子状の粉体である炭化物とを生成する炭化機１と、炭化物及び熱分解ガスを加熱分解処理して可燃性ガスを得るガス化炉４と、ガス化炉４内に炭化物を噴射する粉体バーナ１２とを具備するとともに、粉体バーナ１２は、炭化物を気流に浮遊させた状態で軸方向に流通させるとともに一端部がガス化炉４内に臨んでいる管路と、この管路に炭化物を重力を利用して落下・供給する粉体供給路とを有し、さらに粉体供給路は、同一の横断面形状で管路まで軸方向に亘り連続する円筒状の管路で構成するとともに、流路は、粉体供給路の径以上の幅を有して横断面が扁平な形状となるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明はバイオマス燃料を用いたガス化設備及びガス化発電設備に関し、特にコーヒー滓等ワックス成分が多いバイオマス燃料を用いる場合に適用して有用なものである。

木質系バイオマスや有機性廃棄物に対して適用可能な従来技術に係る炭化・ガス化方法に関する技術としては、例えば木質系バイオマス又は都市ごみ等の有機性廃棄物を３００℃ないし８００℃で炭化処理して得た炭化物と、水蒸気と、空気とを熱分解するガス化炉内に投入し、水性ガス化反応により可燃性ガスを得る熱分解ガス化装置がある（特許文献１参照）。

特開２００４−３５８３７号公報

しかしながら、特許文献１等に示す従来技術に係るガス化装置では、バイオマス燃料として主に木質系バイオマス等、炭化した場合でも凝集しにくい固形粒子状の粉体となるものを対象としている。そこで、例えばコーヒー滓等、ワックス成分が多く凝集し易いバイオマス燃料を従来のガス装置のバイオマス燃料として用いた場合には、搬送途中の管路等、各所で詰まりを生起してしまうという問題が発生している。

ここで、バイオマス燃料とは、農林資源とその残漬物及び建築廃材等の木質系バイオマス、畜産・水産資源とその残漬物及び食品廃棄物や汚泥等の廃棄物系バイオマス、並びにこれらの混合バイオマスを意味する。したがって、その中にはコーヒー滓等、ワックス成分の多いバイオマスも含まれる。

また、従来技術に係るバイオマス燃料を利用するガス化設備においては炭化物を部分燃焼させて水性ガス化反応により熱分解ガスを得るために炭化物をガス化炉内に投入する際に、炭化機による炭化処理で得られた炭化物をそのままガス化炉内に投入するので、ガス化炉に投入される炭化物の大きさにばらつきがあり、ガス化炉内での燃焼や反応にばらつきが生じる。このため、ガス発熱量が大きいなど品質が高水準の可燃性ガスを継続的に生成するというガス化性能を発揮することが保証されているとは言い難い。かかる傾向は、凝集性が高いバイオマス燃料を使用する場合に特に問題になる。

さらに、例えばガスエンジンを用いた発電設備など連続運転が要求される設備や施設に対して可燃性ガスを供給する場合には、ガス発熱量など品質が高水準且つ一定に保たれている可燃性ガスを連続して安定的に供給することが肝要である。

本発明は、上記従来技術に鑑み、凝集性が高い粉体炭化物を生成するバイオマス燃料を原料とした場合でも良好に所望の可燃性ガスを安定して得ることができ、実質的に使用するバイオマス燃料の燃料種を拡大することができるバイオマス燃料を用いたガス化設備及びガス化発電設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の第１の実施の形態は、
バイオマス燃料を貯留しておく燃料貯留手段と、
前記バイオマス燃料を炭化処理して熱分解ガスと固形粒子状の粉体である炭化物とを生
成する炭化手段と、
前記炭化物及び前記熱分解ガスを加熱分解処理して可燃性ガスを得るガス化炉と、
前記ガス化炉内に前記炭化物を噴射する粉体バーナとを具備するとともに、
前記粉体バーナは、前記炭化物を気流に浮遊させた状態で軸方向に流通させるとともに一端部が前記ガス化炉内に臨んでいる管路と、この管路に前記炭化物を重力を利用して落下・供給する粉体供給路とを有し、
さらに前記粉体供給路は、同一の横断面形状で前記管路まで軸方向に亘り連続する円筒状の管路で構成するとともに、
前記流路は、前記粉体供給路の径以上の幅を有して横断面が扁平な形状となるように構成したものであることを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化設備にある。

本態様によれば、流路が前記粉体供給路の径以上の幅を有して横断面が扁平な形状となっているので、粉体供給路が円筒状の管路であっても粉体は粉体供給路を途中で絞ることなくストレートに流路に供給することができる。また、流路を流れる気流の速度はその幅と高さを調整することにより容易且つ任意に高速化することができる。

この結果、バイオマス燃料が凝集性の高いものであっても粉体バーナからガス化炉内に粉体炭化物を一様に噴射して良好な可燃性ガスの生成に資することができる。すなわち、凝集しやすいバイオマス燃料も含め、広い範囲のバイオマス燃料を用いて所望の可燃性ガスを生成することができる。

本発明の第２の態様は、
第１の態様に記載するバイオマス燃料を用いたガス化設備において、
前記粉体供給路の内部の粉体に振動を与えるよう前記粉体供給路の下部に加振手段をさらに設けたことを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化設備にある。

本態様によれば、凝集性が高い粉体炭化物であっても一様に分散させることにより凝集を防止して前記管路を流通する気流に良好に乗せることができる。

本発明の第３の態様は、
第１又は第２の態様に記載するバイオマス燃料を用いたガス化設備において、
前記粉体バーナの前記管路は、小径の円筒内管と大径の円筒外管とを同心状に配設してなり、前記円筒内管の外周面と前記円筒外管の内周面との間の空間に充填物を充填して前記空間に前記流路を形成したことを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化設備にある。

本態様によれば、凝集性が高い粉体であっても重力で落下する粉体は最も円滑に管路を流通する気流に乗せることができる。一方、粉体を気流搬送する気流の速度は、円筒外管と円筒内管との間の空間の面積を調整することで容易に高速化を実現し得る。

この結果、バイオマス燃料が凝集性の高いものであっても途中で閉塞等の不都合を生起することなく、粉体バーナからガス化炉内に粉体炭化物を一様に噴射して良好な可燃性ガスの生成に資することができる。

さらに、管路の外径は従来と同様に形成することもできるので、この場合には互換性を保ったまま、取替え作業等も容易に行うことができる。

本発明の第４の態様は、
第１乃至第３の態様の何れか一つに記載するバイオマス燃料を用いたガス化設備において、
前記燃料貯留手段と前記炭化手段との間に、前記バイオマス燃料を一時貯留して攪拌するとともに前記炭化手段に向けて送給する燃料中間ホッパをさらに有し、前記攪拌は水平軸周りにブレードを時計方向と反時計方向に交互に回転させることにより行うように構成したことを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化設備にある。

本態様によれば、ホッパ中に貯留されるバイオマス燃料の偏りを除去して均等な分布の貯留状態とすることができ、送り出しもその分良好に行うことができる。

本発明の第５の態様は、
第１乃至第４の態様の何れか一つに記載するバイオマス燃料を用いたガス化設備燃料において、
前記炭化手段は、複数台からなり、前記バイオマス燃料を用いた炭化処理が交互に終了するように設定されていることを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化設備にある。

本態様によれば、ガス化炉に炭化物を途切れることなく連続して供給することが可能であり、またガス化炉に供給する炭化物の量を平均化して量的変動の少ない可燃性ガスを安定して生成することができる。

本発明の第６の態様は、
第１乃至第５の態様の何れか一つに記載するバイオマス燃料を用いたガス化設備において、
前記炭化手段と前記ガス化炉との間に前記炭化物を粉砕して微粉状の炭化物を生成する粉砕手段をさらに設けたことを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化設備にある。

本態様によれば微粉状の炭化物を形成することができるので、その分粉体炭化物の表面積を大きくすることができる。この結果、これを燃料とするガス化炉内での可燃性ガスの炭素転換率を向上させることができ、その分良質・高カロリーの可燃性ガスを得ることができる。ここで、炭素転換率とは炭化物の何％がガスに変換されたかを示す指標で、炭素のガス化率であるとも言い得る。

本発明の第７の態様は、
第１乃至第６の態様の何れか一つに記載するバイオマス燃料を用いたガス化設備において、
気流搬送されてきた前記炭化物を貯留するとともに、前記粉体バーナの前記粉体供給路に前記炭化物を送給するために底部に配設されたスクリューフィーダとこのスクリューフィーダの端部に送給されてきた前記炭化物を掻き落とすスクレーパとを備えるバーナ供給ホッパをさらに有することを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化設備にある。

本態様によれば、バーナ供給ホッパから排出される炭化物を最終的にほぐして粉体バーナに供給することができるので、粉体バーナには凝集していない粉体として炭化物を供給することができる。したがって、凝集しやすいバイオマス燃料を用いた炭化物であっても一様に分散させた状態で粉体バーナに供給することができる。

本発明の第８の態様は、
第１乃至第７の態様の何れか一つに記載するバイオマス燃料を用いたガス化設備において、
前記ガス化炉から排出された前記可燃性ガスを精製するガス精製手段をさらに有し、
前記ガス精製手段はウエットスクラバーを備えるとともに、前記ウエットスクラバーに所定量の補給水を補給しながら水の表面に浮いた未燃粒子を高濃度で含む排水をオーバーフローさせて外部に排出するように構成したものであることを特徴とするバイオマス燃料
を用いたガス化設備にある。

本態様によれば、水に浮いた未燃粒子は逐一排出されるので、清浄な水で連続運転をしつつ可燃性ガス中の塵埃を除去し続けることができる。

本発明の第９の態様は、
第１乃至第８の態様の何れか一つに記載するガス化設備と、このガス化設備の前記可燃性ガスをエネルギーとして駆動され駆動時に排熱を伴う発電手段とを組み合わせるとともに、前記排熱を前記炭化手段の熱源として供給するものであることを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化発電設備にある。

本態様によれば、凝集しやすいバイオマス燃料も含め、広い範囲のバイオマス燃料を用いて発電を行うことができるばかりでなく、その熱効率を向上させることができる。

本発明によれば、凝集しやすいバイオマス燃料であっても一様にガス化炉内に供給することができる。この結果、凝集しやすいバイオマス燃料も含め、広い範囲から選択した任意のバイオマス燃料を用いて所望の可燃性ガスを得ることができる。

以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本形態に係るバイオマス燃料を用いたガス化発電設備を示すブロック図である。同図に示すように、炭化機１には原料バンカー２に貯留されているバイオマス燃料が燃料中間ホッパ３を介して供給される。この結果、炭化機１はバイオマス燃料を炭化処理して、このバイオマス燃料中の水分及び揮発分を含んだ熱分解ガスと固定炭素や灰分を主成分とした炭化物とに分離する。具体的には、バイオマス燃料を３００℃乃至５００℃に加熱し、外気から遮断された無酸素状態の中で水分の蒸発と有機物の熱分解反応とにより炭化処理を行う。ここで、生成される熱分解ガスはタール分を多く含むガスであるため、さらにガス化炉４に供給してタール分を熱分解することにより高カロリーの可燃性ガスに改質している。なお、図面の錯綜を避けるため図１には１台のみの炭化機１を図示しているが、実際は複数台の炭化機１が備えてある。したがって、燃料中間ホッパ３も炭化機１に対応させて同数設けてあるが、この点については後に詳述する。また、図示はしないが炭化機１における炭化処理においては攪拌翼を適宜回転させて炭化機１内を攪拌している。

粉砕機５は炭化機１における炭化処理の結果生成される炭化物を粉砕処理するものである。すなわち、炭化機１から投入された炭化物をミクロンオーダーに粉砕して微粉状の炭化物にする。ここで、粉砕機５の形式は特に限定されるものではなく、炭化物をミクロンオーダーに粉砕可能であればどのような粉砕機であっても良い。本形態における粉砕機５は、ピン状の衝撃柱が２〜３周列放射状に取り付けられた回転盤とこれに噛み合うように取り付けられた固定盤とから構成されており、回転盤と固定盤との中心部から取り込んだ炭化物を空気の流れとともに拡散させて衝撃柱と固定柱とによって衝撃を与える一方、外周部に装着されたスクリーンで整粒させた後、微粉状の炭化物として排出するようになっている。粉砕機５で粉砕した微粉状の炭化物は気流搬送系６により搬送される。

ここで、ガス化炉４の高効率化には、炭化物の炭素転換率の向上が必須である。固気反応速度は、炭化物粒子の比表面積に強く依存するため、粒径微小化で反応率が高まり、炭素転換率の向上が期待できるからである。ちなみに、木質系のバイオマス燃料を原料とする炭化物の粉砕径を１．０ｍｍ（ハンマーミルメッシュサイズ）から０．３ｍｍまで微小化を図った結果、０．４ｍｍ以下で９０％以上の炭素転換率が得られること、冷ガス効率が最も高かった空気比０．３９の条件では、９９％以上の炭素転換率が得られることが分
った。一方、コーヒー滓で同一のガス化を行ったところ、ワックス成分の影響で粒子同士が凝集し、メッシュサイズ０．４ｍｍでは、目詰りによって粉砕機５が過負荷となった。メッシュサイズ１．０ｍｍでは、粉砕機５の過負荷もなく、木質と同等に高い炭素転換率が得られた。したがって、粉砕機５におけるメッシュサイズ選定のため、事前に粉砕物である炭化物の凝集性を評価することが肝要である。

気流搬送系６は粉砕機５とともに途中にサイクロン７、バグフィルタ８及び循環ブロワ９を管路で連通した循環系で構成している。すなわち、循環ブロワ９で発生する気流を粉砕機５に供給することにより微粉状の炭化物を気流に乗せて搬送するとともに、サイクロン７及びバグフィルタ８で所定粒径以上の炭化物を捕捉・回収し、循環ブロワ９により再度粉砕機５に向けて気流搬送している。かくして所定粒径未満の炭化物がサイクロン７及びバグフィルタ８から重力を利用してバーナ供給ホッパ１１に供給され、さらに粉体バーナ１２に供給されてこの粉体バーナ１２を介しガス化炉４内へ噴射される。

ガス化炉４は、二室二段の噴流床方式のガス化炉であり、炭化機１で生成され粉砕機５で粉砕されたミクロンオーダーの炭化物を下段のガス化・燃焼部４ａで燃焼させて１５００℃程度の高温ガスにして上段のガス改質部４ｂに送り出す。粉体バーナ１２より供給される炭化物はガス化・燃焼部４ａ内に噴射される。ガス改質部４ｂでは高温ガスと炭化機１における炭化処理で発生する熱分解ガスとを接触させる。そして、シフト反応（具体的には、ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ←→ＣＯ_２＋Ｈ_２）を主とした改質反応並びに熱分解ガス中のタール
の分解により一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ_２）とを主成分とした可燃性ガスを生成する。なお、熱分解ガス中のタールを分解するために、ガス改質部４ｂに送り込まれて可燃性ガスと接触した段階でガス改質部４ｂ内のガス温度は１１００℃以上であることが必要とされる。すなわち、ガス化炉４が良好なガス化性能を発揮するためには、ガス化・燃焼部４ａに十分な熱量が投入される必要がある。かかる熱量は、ガス化・燃焼部４ａに空気（又は空気と酸素との混合気体）を送り込むことによる燃焼反応により得ている。

ここで、空気に酸素を適量混合した混合気体をガス化・燃焼部４ａに供給する場合、空気に混ぜる酸素の量は特に限定されるものではなく、生成する可燃性ガスに要求されるカロリーや可燃性ガスのガス性状等に応じて適宜設定する。具体的には、混合気体の酸素濃度が２５〜５０ｖｏｌ％になるように設定することが考えられる。このように空気に酸素を適量混ぜることによりガス化・燃焼部４ａ内では酸素富化運転が行われ、ガス化・燃焼部４ａ内の温度を上昇させてガス化性能の向上を図り、これにより発熱量の低いバイオマス燃料や水分の多いバイオマス燃料の利用を可能として燃料種の拡大を図ることができる。

また、本形態では、炭化機１からガス化炉４に熱分解ガスを供給するためのガス供給配管１３のガス化炉４側が分岐管１３ａと分岐管１３ｂとの二つに分岐し、熱分解ガスをガス化炉４のガス化・燃焼部４ａ及びガス改質部４ｂの両方に供給可能な構成となっている。従来はガス改質部４ｂのみに供給されていた可燃性ガスをガス化・燃焼部４ａにも供給可能とすることにより、従来に較べてガス化・燃焼部４ａの温度を十分に上昇させてガス化・燃焼部４ａに供給される炭化物を完全に燃焼させることが可能となり、ガス化炉４で生成する可燃性ガスのガス質を向上させることができる。なお、炭化機１から供給する熱分解ガスのガス化・燃焼部４ａへの供給は常時でなくても良く、ガス改質部４ｂのみに供給することを基本としつつ、例えばガス化・燃焼部４ａ内の温度が低下した場合等にガス化・燃焼部４ａにも供給するようにしても良い。

ガス化炉４で生成された可燃性ガスはガス精製部１４でガス精製された後、ガスホルダ１５に貯留される。ガスホルダ１５はガス化炉４で生成される可燃性ガスの量よりも次段の発電設備１６で消費される量が多い場合の発電設備１６の安定的な運転に資するもので
ある。すなわち可燃性ガスの生成量と消費量との差を補完して発電設備１６の安定した連続運転を保証する。ここで、発電設備１６はガスホルダ１５から供給される可燃性ガスをエネルギーとして発電するとともに、駆動時に排熱を伴う設備で、例えばガスエンジン、ガスタービン、燃料電池等、高温の排熱を伴う装置自体及びこのような発電装置に付属する装置で構成したものである。

発電設備１６からの排熱は炭化機１で有効活用される。すなわち、本形態に係る炭化機１は、バイオマス燃料を熱分解させて炭化させる内側部分とこの内側部分を囲繞する外側のジャケット部とからなる二層構造としてあり、発電設備１６から排出される例えば６００℃程度の高温の排ガスをジャケット部に送り込んでバイオマス燃料を加熱するように構成してある。このことにより当該発電設備全体としてエネルギーの有効活用を図っている。

以上が本形態に係るガス化発電設備の概要であるが、本形態ではバイオマス燃料の燃料種を拡大、特にワックス成分が多く凝集し易いコーヒー滓等を燃料とする場合でも燃料として有効に利用し得るようにするため種々の工夫をしている。かかる工夫を中心に、本形態の各部の構成をさらに詳細に説明する。

図２は燃料中間ホッパ３の部分を抽出して示す説明図である。同図に示すように、本形態における燃料中間ホッパ３は原料バンカー２から供給されるバイオマス燃料を一時貯留して攪拌するとともに炭化機１に向けて送給する。このため、水平軸３ａ周りにブレード３ｂを回転させて内部に貯留するバイオマス燃料を攪拌するとともに、底部に配設したスクリューフィーダ３ｃで送給するように構成してある。そして、本形態では図２（ａ）に示すように、ブレード３ｂの時計方向乃至反時計方向への回転方向を適宜切替えて運転するようになっている。この結果、燃料中間ホッパ３中に貯留されるバイオマス燃料の偏りを除去して均等な分布の貯留状態とすることができ、送り出しもその分良好に行うことができる。ちなみに、図２（ｂ）に示すように、ブレード３ｂが一方向（図では時計方向）のみに回転する場合には図に示すような偏りを生起してしまう。そして、この傾向はバイオマス燃料の凝集性が高くなるほど顕著になる。したがって、コーヒー滓等、凝集性の高いバイオマス燃料を原料とする場合には、特にブレード３ｂの回転方向を転換しながら運転することが肝要である。

図３はガス化炉４とこれを中心に配設される炭化機１との関係を示す説明図である。本形態においてはそれぞれバッチ処理によりバイオマス燃料を処理する４台の炭化機１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを備えており、各炭化機１Ａ乃至１Ｄを用いて炭化処理が交互に終了するように運転している。ガス化炉４における生成ガスの発熱量及び流量変動の最大の要因がバッチ式の炭化工程にある点を考慮して変動の少ない安定的なガス化炉４の運転を実現するためである。

さらに詳言すると、発電設備１６の発電装置としてガスエンジンとの接続を想定した場合、エンストを回避するため、ガス化炉４の流量とカロリー変動を±１５％以内とする必要がある。このため、バッチ式の炭化機１Ａ乃至１Ｄに起因する変動要因の改善を図るべく４台の炭化機１Ａ乃至１Ｄのサイクル運転を行った。この場合、ガス化炉４への炭化機１Ａ乃至１Ｄからの揮発ガスである熱分解ガスの供給量が周期的に変動する。そこで、４台の炭化機１Ａ乃至１Ｄの運転周期を短くすることで変動幅の縮小を図った。具体的には、１バッチ当たりの炭化機１Ａ乃至１Ｄへの受入量を従来の約１／４にすると同時に、炭化時間を約１／４に短縮した。このことで、バイオマス燃料の受入に伴う炭化機１Ａ乃至１Ｄ内の温度の低下幅を約１／２以下に改善することができ、熱分解ガスのガス発生量の変動幅も低減することができた。

図４は４台の炭化機１Ａ乃至１Ｄにおけるそれぞれの内部の温度変動特性を示す特性図で、ａ）が従来（炭化時間＝６０分）（ｂ）が本形態（炭化時間＝１６分）の場合をそれぞれ示す。両図を比較すれば、同図（ｂ）に示す本形態の場合、炭化機１Ａ乃至１Ｄ内の温度の変動幅を１００℃から４０℃程度にまで改善できていることが分かる。

さらに本形態では、急激な炭化による熱分解ガスの瞬時的なガス化炉４内への流入を抑制するため、炭化機１Ａ乃至１Ｄの撹拌翼の回転数を調整することで炭化進度を制御するようにしている。すなわち、炭化機１Ａ乃至１Ｄに対するバイオマス燃料の供給工程では、炭化機１Ａ乃至１Ｄ内を正圧で運転する必要がある。負圧下で運転した場合、原料供給弁から空気を吸い込み、炭化機１Ａ乃至１Ｄ内で燃焼反応が起こるからである。これを避けるため、従来、炭化機１Ａ乃至１Ｄの運転シーケンスでは、バイオマス燃料の供給終了時に、原料供給弁２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄが閉まった後、熱分解ガス弁２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄが開いて熱分解ガスをガス化炉４に供給するまでに所定の時間差を設けてあった。炭化開始直後に熱分解ガスの流量の変動幅が大きくなるのは、前述の如き所定の時間差の間に発生した熱分解ガスが一気にガス化炉４に流れ込んでいるためと想定し、前記時間差をなくすように変更したが、ガス化炉４における生成ガスである可燃性ガスの変動幅に改善は見られなかった。このため、更に変動要因を調査したところ、流量の変動幅が大きくなるタイミングが炭化開始直後ではなく、炭化開始から数十秒後であることが判明し、炭化機１Ａ乃至１Ｄの撹拌翼の回転数が急激に増加するタイミングと重なっていることが分った。そこで、従来の撹拌翼の回転数を見直し、本形態では段階的に回転数を増加させることで炭化進度を制御するようにした。

図５は炭化機１Ａ乃至１Ｄにおける攪拌翼の回転数とガス化炉４における生成ガスの流量との関係を示す特性図で、（ａ）が従来、（ｂ）が本形態の場合をそれぞれ示す。両図を比較すれば回転数変動時（図中に丸で囲んだ部分）の流量変動幅が１／３に抑制されていることが分る。

図６は気流搬送系６及びバーナ供給ホッパ１１の部分を抽出して示す説明図である。同図（ａ）に示すように、本形態における気流搬送系６において、粉砕機５で微粉末に粉砕された炭化物は、垂直に立上がる立上配管１０を含む搬送配管内を気流搬送され、サイクロン７及びバグフィルタ８を介してバーナ供給ホッパ１１に貯留される。また、バーナ供給ホッパ１１に貯留された炭化物はその底部に配設されたスクリューフィーダ１１ａにより粉体バーナ１２の粉体供給路１９に供給される。ここで、粉体バーナ１２は、粉体炭化物を気流（空気流）に浮遊させた状態で軸方向に流通させるとともに一端部がガス化炉４内に臨んでいる管路１８と、この管路１８に前記炭化物を重力を利用して落下・供給する粉体供給路１９とを有している。すなわち、バーナ供給ホッパ１１から粉体供給路１９に供給された炭化物は重力落下により管路１８に供給され、ここで管路１８を流通する気流に乗ってガス化炉４の内部に噴射される。

上述の如き気流搬送系６において、木質系のバイオマス燃料の場合には、搬送配管内の閉塞は確認されなかったものの、コーヒー滓ではワックス成分の影響で粒子同士が凝集（凝集後の粒子径は３ｍｍ程度）し、搬送配管内で閉塞を生起する場合があった。そこで、この場合の終端沈降速度を計算し、搬送配管内の流速を終端沈降速度以上の高速流（例えば１５ｍ／ｓ）としている。この高速化により安定搬送を達成した。ここで、終端沈降速度とは、立上配管１０において重力で落下しようとする搬送物である炭化物を重力に抗して気流搬送し得る最小の速度である。

また、上述の如く炭化物の搬送流速を高めたことで、循環ブロワ９の吸引力を高める結果となる。このため、バーナ供給ホッパ１１内の圧力がガス化炉４の運転圧力より下がり、粉体炭化物の一部の逆流現象が生じ、バーナ供給ホッパ１１の出口で閉塞が生じる虞が
ある。このため本形態では、第１にサイクロン７及びバグフィルタ８の出口近傍に、バーナ供給ホッパ１１に向かう流路に対する抵抗要素となるロータリバルブ２３，２４を配設して気流搬送系６の負圧の影響を遮断するようにするとともに、第２に、同図（ｂ）に明示するように、バーナ供給ホッパ１１のスクリューフィーダ１１ａの末端にスクレーパ１７を設置し、スクリューフィーダ１１ａに付着した炭化物を掻き落とすように構成してある。スクレーパ１７はスクリューフィーダ１１ａの端部において、その回転軸１１ｂの周面に放射状に配設されている。

かくして凝集性の高いコーヒー滓を原料とするバイオマス燃料を用いた場合でも良好に気流搬送を行うことができる。

図７は粉体バーナ１２の部分を抽出して示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＡ−Ａ´線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ´線断面図である。これらの図に示すように、本形態における粉体バーナ１２は、前述の如く管路１８と粉体供給路１９とを有するが、粉体供給路１９は、同一の横断面形状で前記管路まで軸方向に亘り連続する円筒状の管路で構成してある。また、管路１８はその流路１８ｂが粉体供給路１９の径と同一幅で、横断面が扁平な形状となるように構成してある。さらに詳言すると、管路１８は、小径の円筒内管１８ｃと大径の円筒外管１８ｄとを同心状に配設してなり、円筒内管１８ｃの外周面と円筒外管１８ｄの内周面との間の空間に充填物１８ｅを充填して前記空間に受入口１８ａの径と同一幅の軸方向に伸びる空間である流路１８ｂを形成している。気流搬送用の空気は受入口１８ａよりもガス化炉４の反対側で円筒内管１８ｃと円筒外管１８ｄとの間の空間に供給するようになっている。なお、円筒内管１８ｃの内部空間には断熱材１８ｆが充填されている。また、管路１８の先端部はガス化炉４の断熱材４ｃを貫通してその内部に臨んでいる。

このように、本態様によれば、粉体供給路１９の横断面の形状と粉体炭化物の受入口１８ａとの形状が同一であるので、重力で落下する粉体炭化物は途中で引っかかることなく最も円滑に管路１８を流通する空気流に乗せることができる。そして、途中に通路の狭窄部を有することなく炭化物を空気流に一気に乗せることができるような条件の下で流路１８ｂの幅を最小とすることで流路１８ｂを流通する空気流の速度の最速化を実現し得る。管路１８に供給する空気量が同じ場合には流路１８ｂの断面積に比例して空気流の速度が高速化するからである。空気流速度の高速化を図った場合、炭化物は一気にガス化炉４内に供給されるため、凝集することなく粉砕時の微小な粒径を維持したままガス化炉４内に一様に分散される。

ここで、粉体供給路１９の下部に加振機２０を配設し（図７（ｂ）参照）、粉体供給路１９に振動を与えるように構成するのが望ましい。この場合には加振により炭化物を一様に分散させて管路１８に供給することができるからである。特に、図７（ｂ）に示すように、他の部分との干渉等を考慮した設置スペースの制限等により粉体供給路１９が重力方向に対して傾斜している場合には、その傾斜角が大きければ大きい程傾斜部分で炭化物の凝集・閉塞を生起し易いが、かかる場合でも加振により良好に炭化物の凝集を防止して管路１８への供給を良好に行うことができる。したがって、かかる構成により凝集性が高い粉体炭化物であっても一様に分散させることにより凝集を防止して管路１８を流通する気流に良好に乗せることができる。また、本形態においては流路１８ｂの幅を受入口１８ａの径（粉体供給路１９の径）と同一に構成したがこれに限るものではない。流路１８ｂの幅は、粉体供給路１９の径以上であれば任意に選定することができる。ただ、流路１８ｂの幅が粉体供給路１９の径と同一である場合に最高流速が得られ、幅が広がるにつれ、流路１８ｂの高さが同じ場合には搬送気流の流速は比例して低下する。

図８は本形態に係る粉体バーナ１２と比較するため、本形態と同一径の二重管構造を有
する従来技術に係る当該部分を抽出して示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＣ−Ｃ´線断面図である。これらの図に示すように、従来技術における粉体バーナ０１２も本形態と同様の粉体供給路１９を有するが、管路０１８を構成する円筒内管０１８ｃと円筒外管０１８ｄとの間の空間全てが炭化物を気流搬送する流路０１８ｂとして構成してある。したがって粉体供給路１９からの炭化物の受入口０１８ａは流路０１８ｂの幅（本例の場合は流路０１８ｂの外周長）の数倍となっており、同一量の空気を流路０１８ｂに供給した場合には流路０１８ｂの径方向の寸法が同じでも流路０１８ｂを流通する空気流の流速が流路０１８ｂの断面積に逆比例して小さくなる。

したがって、本形態における粉体バーナ１２は管路１８を構成する円筒内管１８ｃ及び円筒外管１８ｄの径を従来と変更することなく流路１８ｂを流通する空気流の高速化を実現し得たものということができる。この結果、他の管路等との接続条件は変更する必要がない。したがって、本形態における粉体バーナ１２は他の部品の使用の変更を要することなく気流搬送速度を所望の速度とすることができる。なお、図８中、図７と同一部分には同一番号を付し重複する説明は省略する。

管路の径を変えることなく本形態と同程度の気流搬送速度の高速化を実現する他の構造として図９（ｂ）に示すような横断面形状の管路構造が考えられる。これを図９（ａ）に同様の横断面形状で示す本形態の管路１８との比較において説明する。なお、図９（ａ）において図７と同一部分には同一番号を付している。図９（ｂ）に示す管路０２８は図９（ａ）に示す円筒外管１８ｄと同一径の円筒外管０２８ｄを有しているが、流路１８ｂと同一断面積の流路０２８ｂは円筒内管０２８ｃの内部空間で形成している。したがって、この場合には粉体供給路０１９の最下部にはテーパー部０１９ａを形成して絞り部の最小幅と同幅の案内通路０２８ｇを円筒外管０２８ｄと円筒内管０２８ｃとの間に形成し、案内通路０２８ｇを介して粉体供給路０１９からの炭化物を流路０２８ｂに案内する必要がある。したがって、この場合には、例え炭化物を粉体供給路０１９の横断面内に均等に分散させて落下させた場合でもテーパー部０１９ａを介して絞られ、より狭い横断面形状の案内通路０２８ｇを介して流路０２８ｂに供給されるので、凝集性が高い炭化物の場合には特に、途中のテーバー部０１９ａ等に引っかかり供給に支障が出る虞がある。すなわち、同一の搬送気体の流速は得られても炭化物の流路０２８ｂに対する円滑な供給という点については難があり、ひいてはガス化炉４に対する炭化物の供給も本態様ほど均等に分散させることはできず、その分炭素転換率も劣るものとなる。

図１０は本形態におけるガス精製部１４の具体的な構成をこの部分を抽出して示す説明図である。同図に示すようにガス精製部１４はガス化炉４側から発電設備１６に向かって噴霧式ウエットスクラバー２５、溜水式ウエットスクラバー２６及びプリーツバグフィルタ２７をタンデムに接続したものである。噴霧式ウエットスクラバー２５はガス化炉４で生成した可燃性ガス中の未燃炭化物等をノズル２５ｃから噴射される水で洗浄する。このため、容器２５ａの底部は水の貯留部２５ｂとなっており、貯留部２５ｂに貯留される水をポンプ２８でノズル２５ｃに供給して循環させている。一方、この場合の未燃炭化物は水に浮くことを発見した。そこで、未燃炭化物等を高濃度で含む上澄み液をオーバーフローさせ排水管２９を介して外部の貯留部３０に排出するように構成した。次段の溜水ウエットスクラバー２６でも同様に未燃炭化物等を高濃度で含む上澄み液をオーバーフローさせ排水管３６を介して外部の貯留部３２に排出するように構成している。これらの噴霧式ウエットスクラバー２５及び溜水式ウエットスクラバー２６には、オーバーフローにより外部に排出された上澄み液の分の水をポンプ３３により管路３４，３５を介して補充している。したがって、本形態によれば、オーバーフロー分に見合う少量の水を補給するだけで長期間に亘り所定のガス精製処理を連続的に継続することができる。

溜水式ウエットスクラバー２６で洗浄された可燃性ガスはプリーツバグフィルタ２７で
最終的に未燃炭化物等を捕捉・除去してガスホルダ１５に送給される。

なお、上記実施の形態では、既存の部品等との関係を考慮して図７に示す構成としたが、原理的には図１１に示すような構成のものであれば気流搬送の際の気流速度を容易かつ任意に高速化し得る。図１１は 本発明の他の実施の形態に係る粉体バーナを概念的に示す説明図である。同図に示すように当該粉体バーナ４２も管路４８と粉体供給路４９とを有する。ここで、管路４８はその流路４８ｂに粉体供給路４９を介して供給される炭化物を気流に浮遊させた状態で軸方向に流通させるとともに一端部がガス化炉４内に臨んでいる。粉体供給路４９は、バーナ供給ホッパ１１から管路４８に炭化物を重力を利用して落下・供給する管路であり、同一の横断面形状で管路４８まで軸方向に亘り連続している。すなわち、粉体供給路４９は同一断面積のまま管路４８の受入口４８ａにつながっている。ここで、粉体供給路４９は、炭化物を受け入れる受入口４８ａの径が粉体供給路４９の径と同一になるように形成するとともに気流搬送のための流路４８ｂの幅が受入口４８ａの径と同一になるように構成してある。

この結果、本形態でも粉体供給路４９の横断面の形状と粉体炭化物の受入口４８ａとの形状が同一であるので、重力で落下する粉体炭化物は途中で引っかかることなく最も円滑に管路４８を流通する空気流に乗せることができる。そして、途中に通路の狭窄部を有することなく炭化物を空気流に一気に乗せることができるような条件の下で流路４８ｂの幅を最小とすることで流路４８ｂを流通する空気流の速度の最速化を実現し得る。ちなみに流路４８ｂの幅が受入口４８ａの幅よりも大きければ粉体供給路４９からの炭化物の供給はスムーズに行われるが、流路４８ｂの高さが同じ場合には流路４８ｂの断面積がその分増加するので気流搬送の気流の流速を高速化する場合の障害となる。

したがって本形態のおける粉体バーナ４２であっても空気流速度の高速化を図って炭化物を一気にガス化炉４内に供給することができるので、凝集性の高い炭化物であっても粉砕時の微小な粒径を維持したままガス化炉４内に一様に分散供給することができる。

また、上記実施の形態において加振機２０は粉体供給路１９に配設するものとして説明したが、これに限る必要はない。搬送中に炭化物の詰まりを生起する虞がある部分には適宜配設しておいたほうが好ましい。ちなみに、バイオマス燃料としてコーヒー滓を使用した場合、その炭化物は凝集性が高く、安息角が大きいため（木質系のバイオマス燃料の４５度に対し、コーヒー滓は６０度）、コーン角度６０度未満のバグフィルタ８やバーナ供給ホッパ１１の内部でブリッジングやラットホールが多発し、またサイクロン７やバグフィルタ８から粉体バーナ１２に至る配管（重力で搬送する配管）では、傾斜角度が６０度未満のものは閉塞も生起する虞がある。そこで、これらの部分に加振機２０を設置することで炭化物による閉塞という問題に対処し得る。

さらに、上記実施の形態はガス化発電設備に関するものとしたが、バイオマス燃料から可燃性ガスを生成させるガス化設備であればそれ以上の特別な制限を設けるものではない。すなわち、勿論発電設備に限定するものではない。

本発明はバイオマスの有効利用を図る産業分野、すなわち都市ごみの処理等、発電等に関連する産業分野で利用することができる。

本発明の実施の形態に係るバイオマス燃料を用いたガス化発電設備を示すブロック図である。 上記実施の形態における燃料中間ホッパの部分を抽出して示す説明図である。 上記実施の形態におけるガス化炉とこれを中心に配設される炭化機との関係を示す説明図である。 ４台の炭化機で所定の切替運転を実施した場合における各炭化機の内部の温度変動特性を示す特性図で、ａ）が従来（炭化時間＝６０分）（ｂ）が本形態（炭化時間＝１６分）の場合をそれぞれ示す。 ４台の炭化機における攪拌翼の回転数とガス化炉における生成ガスの流量との関係を示す特性図で、ａ）が従来、（ｂ）が本形態の場合をそれぞれ示す。 上記実施の形態における気流搬送系及びバーナ供給ホッパの部分を抽出して示す説明図である。 上記実施の形態における粉体バーナの部分を抽出して示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＡ−Ａ´線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ´線断面図である。 上記実施の形態における粉体バーナと比較するため、従来技術に係る当該部分を抽出して示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＣ−Ｃ´線断面図である。 上記実施の形態における気流搬送速度の高速化を実現する管路構造を示す図で、（ａ）が本形態、（ｂ）が比較例の横断面形状を示す断面図である。 上記実施の形態におけるガス精製部の具体的な構成をこの部分を抽出して示す説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る粉体バーナを概念的に示す説明図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 炭化機
２ 原料バンカー
３ 燃料中間ホッパ
４ ガス化炉
５ 粉砕機
６ 気流搬送系
１１ バーナ供給ホッパ
１２ 粉体バーナ
１４ ガス精製部
１６ 発電設備
１７ スクレーパ
１８ 管路
１８ａ、４８ａ 受入口
１８ｂ、４８ｂ 流路
１８ｃ 円筒内管
１８ｄ 円筒外管
１９、４９ 粉体供給路
２０ 加振機

Claims (9)

1. バイオマス燃料を貯留しておく燃料貯留手段と、
   前記バイオマス燃料を炭化処理して熱分解ガスと固形粒子状の粉体である炭化物とを生成する炭化手段と、
   前記炭化物及び前記熱分解ガスを加熱分解処理して可燃性ガスを得るガス化炉と、
   前記ガス化炉内に前記炭化物を噴射する粉体バーナとを具備するとともに、
   前記粉体バーナは、前記炭化物を気流に浮遊させた状態で軸方向に流通させるとともに一端部が前記ガス化炉内に臨んでいる管路と、この管路に前記炭化物を重力を利用して落下・供給する粉体供給路とを有し、
   さらに前記粉体供給路は、同一の横断面形状で前記管路まで軸方向に亘り連続する円筒状の管路で構成するとともに、
   前記流路は、前記粉体供給路の径以上の幅を有して横断面が扁平な形状となるように構成したものであることを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化設備。
2. 請求項１に記載するバイオマス燃料を用いたガス化設備において、
   前記粉体供給路の内部の粉体に振動を与えるよう前記粉体供給路の下部に加振手段をさらに設けたことを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化設備。
3. 請求項１又は請求項２に記載するバイオマス燃料を用いたガス化設備において、
   前記粉体バーナの前記管路は、小径の円筒内管と大径の円筒外管とを同心状に配設してなり、前記円筒内管の外周面と前記円筒外管の内周面との間の空間に充填物を充填して前記空間に前記流路を形成したことを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化設備。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載するバイオマス燃料を用いたガス化設備において、
   前記燃料貯留手段と前記炭化手段との間に、前記バイオマス燃料を一時貯留して攪拌するとともに前記炭化手段に向けて送給する燃料中間ホッパをさらに有し、前記攪拌は水平軸周りにブレードを時計方向と反時計方向に交互に回転させることにより行うように構成したことを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化設備。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載するバイオマス燃料を用いたガス化設備において、
   前記炭化手段は、複数台からなり、前記バイオマス燃料を用いた炭化処理が交互に終了するように設定されていることを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化設備。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載するバイオマス燃料を用いたガス化設備において、
   前記炭化手段と前記ガス化炉との間に前記炭化物を粉砕して微粉状の炭化物を生成する粉砕手段をさらに設けたことを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化設備。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載するバイオマス燃料を用いたガス化設備において、
   気流搬送されてきた前記炭化物を貯留するとともに、前記粉体バーナの前記粉体供給路に前記炭化物を送給するために底部に配設されたスクリューフィーダとこのスクリューフィーダの端部に送給されてきた前記炭化物を掻き落とすスクレーパとを備えるバーナ供給ホッパをさらに有することを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化設備。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載するバイオマス燃料を用いたガス化設備において、
   前記ガス化炉から排出された前記可燃性ガスを精製するガス精製手段をさらに有し、
   前記ガス精製手段はウエットスクラバーを備えるとともに、前記ウエットスクラバーに所定量の補給水を補給しながら水の表面に浮いた未燃粒子を高濃度で含む排水をオーバーフローさせて外部に排出するように構成したものであることを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化設備。
9. 請求項１乃至請求項８の何れか一つに記載するガス化設備と、このガス化設備の前記可燃性ガスをエネルギーとして駆動され駆動時に排熱を伴う発電手段とを組み合わせるとともに、前記排熱を前記炭化手段の熱源として供給するものであることを特徴とするバイオマス燃料を用いたガス化発電設備。