JP2010229208A - Apparatus and method for gasification of biomass - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス化炉でバイオマスからガスを生成するバイオマスのガス化装置及びガス化方法に関する。 The present invention relates to a biomass gasification apparatus and a gasification method for generating gas from biomass in a gasification furnace.
製木材端材、樹皮、木くずなど林産資源に由来する木質系バイオマスをガス化し、生成ガスを、例えばガスエンジンの燃料として供給するガス化炉が非特許文献1に開示されている。このガス化炉ではバイオマスをガス化炉の上部から供給し、炉内でバイオマスが堆積した充填層を形成する。この充填層は上部から湿潤層、乾燥領域、熱分解領域、還元領域、酸化領域を形成しており、ガス化反応の進行に応じてバイオマスは充填層上部から下部へと下降する。炉下部からガス化剤として水蒸気と空気を供給し、炉内でガス流れは炉下部から炉上部へ流れ、生成ガスは炉上部の排出口から取り出される。 Non-Patent Document 1 discloses a gasification furnace that gasifies woody biomass derived from forest resources such as wood scrap, bark, and wood scraps and supplies generated gas as fuel for a gas engine, for example. In this gasification furnace, biomass is supplied from the upper part of the gasification furnace, and a packed bed in which biomass is deposited is formed in the furnace. This packed bed forms a wet layer, a dry region, a thermal decomposition region, a reduction region, and an oxidation region from the upper part, and the biomass descends from the upper part of the packed bed to the lower part as the gasification reaction proceeds. Steam and air are supplied as gasification agents from the lower part of the furnace, the gas flow in the furnace flows from the lower part of the furnace to the upper part of the furnace, and the generated gas is taken out from the discharge port in the upper part of the furnace.
ガス化炉の上部から供給されたバイオマスは製木材端材、樹皮、木くずなどの場合は30〜55%程度の水分を含有しているため、充填層の最上部に形成される湿潤層は水分濃度の高いものとなる。湿潤層から下降したバイオマスは生成したガスの熱により乾燥されて乾燥領域を形成する。乾燥領域から下降したバイオマスは熱分解領域で熱分解され、CH4、CO,H2等の可燃性ガス、CO2,H2O,ガス状及びミスト状のタール、固定炭素を生成し、生成した可燃性ガスとCO2,H2O,ガス状及びミスト状のタールとのガスは上昇し、固定炭素が下降する。熱分解領域から下降した固定炭素は還元領域で水蒸気とガス化反応してCO,H2を生成する。還元領域の下方の酸化領域では残存する固定炭素、タール、未熱分解バイオマスが部分酸化・燃焼され、ガス化反応、熱分解、乾燥に必要な熱を発生し、燃焼ガスは熱を伴い上昇する。充填層の下部から燃焼灰が外部へ排出される。 The biomass supplied from the upper part of the gasification furnace contains about 30 to 55% of moisture in the case of wood mills, bark, wood chips, etc., so the wet layer formed at the top of the packed bed is moisture. High concentration. The biomass descending from the wet layer is dried by the heat of the generated gas to form a dry region. Biomass descending from the drying zone is pyrolyzed in the pyrolysis zone, producing flammable gases such as CH 4 , CO, H 2 , CO 2 , H 2 O, gaseous and mist-like tar, and fixed carbon. The combustible gas and the gas of CO 2 , H 2 O, gaseous and mist tars rise, and the fixed carbon falls. The fixed carbon descending from the pyrolysis region gasifies with water vapor in the reduction region to produce CO and H 2 . In the oxidation area below the reduction area, the remaining fixed carbon, tar, and unpyrolyzed biomass are partially oxidized and burned, generating heat necessary for gasification, pyrolysis, and drying, and the combustion gas rises with heat. . Combustion ash is discharged from the bottom of the packed bed.
非特許文献1に記載のバイオマスのガス化装置により、バイオマスとして木屑チップをガス化する場合、木屑チップの大きさは幅、長さが20〜30mm以上、厚さ10mm以上であり、このような形状の木屑チップをガス化炉に供給して、炉内に形成される充填層の木屑チップ同士間には適度な空隙があり、充填層内におけるガス化剤や発生ガスの通気抵抗(充填層の圧力損失)は低く、また充填層内のガス流れも均一なものとなる。その結果、バイオマス充填層に充分にガス化剤が供給され、熱分解、ガス化が良好に行われて発生ガスが安定して充填層を上昇し、安定なガス化が実現される。 When the wood chip is gasified as biomass by the biomass gasification device described in Non-Patent Document 1, the size of the wood chip is 20-30 mm or more in width and length, and 10 mm or more in thickness. The wood chip of the shape is supplied to the gasification furnace, and there is an appropriate gap between the chips of the packed bed formed in the furnace, and the gas resistance in the packed bed and the ventilation resistance of the generated gas (packed bed) The pressure loss) is low, and the gas flow in the packed bed is uniform. As a result, the gasifying agent is sufficiently supplied to the biomass packed bed, thermal decomposition and gasification are satisfactorily performed, the generated gas is stably raised in the packed bed, and stable gasification is realized.
しかし、バイオマスとして例えば、おがくずや、製紙スラッジ、乾燥下水汚泥、もみ殻、食品残渣等の粉体状のバイオマスをガス化炉に供給してガス化する場合には、この粉体状のバイオマスをそのまま供給すると、炉内で形成される細かい粉状のバイオマスの充填層には空隙が無く良好な通気経路が確保できないので通気抵抗が大きくなり、ガス流れに偏流が生じ、通気抵抗の比較的小さな箇所にガスが集中して通過する吹き抜けが起こり、充填層内の均一なガス流れが形成されず、安定なガス化を行うことが困難となる。そこで、粉体状のバイオマスを造粒又は成形して造粒物又は成形物とすることで、所定の大きさとしてガス化炉内に供給することにより、充填層内の通気抵抗の上昇を抑制し、均一なガス流れを形成し安定したガス化が図られている。 However, for example, when powdery biomass such as sawdust, paper sludge, dried sewage sludge, rice husk, food residue, etc. is supplied to the gasifier and gasified as biomass, this powdered biomass is used. If supplied as it is, the packed bed of fine powdery biomass formed in the furnace does not have a void and a good ventilation path cannot be secured, so the ventilation resistance increases, the gas flow drifts, and the ventilation resistance is relatively small. A blow-through in which gas concentrates at the location occurs, and a uniform gas flow in the packed bed is not formed, making it difficult to perform stable gasification. Therefore, by granulating or molding powdery biomass into a granulated product or molded product, it is supplied to the gasification furnace as a predetermined size, thereby suppressing an increase in ventilation resistance in the packed bed. In addition, a uniform gas flow is formed to achieve stable gasification.
一方、充填層の最上部には乾燥される前の水分濃度の高いバイオマスが堆積した湿潤層が形成されており、また湿潤層ではバイオマスの温度が100℃以下であるため、充填層の下部で熱分解、ガス化により発生し上昇した水蒸気が凝縮して水分が生じている。粉体状バイオマスを造粒又は成形したバイオマス造粒物又はバイオマス成形物をガス化炉に供給しても、湿潤層の炉内高さ方向の位置が高く湿潤層の厚さが厚い場合には、湿潤層内でバイオマス造粒物又はバイオマス成形物が凝縮水分を吸収して膨潤し、その結果、造粒物又は成形物同士が互いに付着して団塊状物を形成してしまう。湿潤層内で団塊状物が形成されると、造粒物又は成形物同士間に形成されていた空隙が塞がれてしまい、通気抵抗が大きくなり、充填層内の均一なガス流れが形成されず、安定したガス化を行うことが困難となる。さらに団塊状物は充填層内を下降することが困難であり、閉塞を起こし、ガス化炉の運転に問題が生じる。 On the other hand, a wet layer in which biomass having a high moisture concentration prior to drying is deposited is formed at the uppermost part of the packed bed. In the wet layer, the temperature of the biomass is 100 ° C. or lower. Water vapor generated by thermal decomposition and gasification is condensed and water is generated. Even if the biomass granulated product or biomass molded product obtained by granulating or molding powdered biomass is supplied to the gasification furnace, the wet layer has a high position in the furnace height direction and the wet layer is thick. In the wet layer, the biomass granulated product or biomass molded product absorbs condensed water and swells, and as a result, the granulated product or molded product adheres to each other to form a nodule. When a nodule is formed in the wet layer, the gap formed between the granulated products or the molded products is closed, and the ventilation resistance is increased, and a uniform gas flow in the packed layer is formed. This makes it difficult to perform stable gasification. Furthermore, it is difficult for the nodules to descend in the packed bed, causing clogging and causing problems in the operation of the gasifier.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、粉体状バイオマスを造粒又は成形したバイオマス造粒物又はバイオマス成形物をガス化炉に供給しても、湿潤層においてバイオマス造粒物又はバイオマス成形物が互いに付着して団塊状物を形成することを防止して、充填層内の均一なガス流れを形成でき、安定したガス化を行うことができるバイオマスのガス化装置及びガス化方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and even when a biomass granulated product or biomass molded product obtained by granulating or molding powdery biomass is supplied to a gasification furnace, biomass production is performed in a wet layer. A biomass gasification apparatus capable of preventing the granules or biomass molding from adhering to each other to form a nodule, forming a uniform gas flow in the packed bed, and performing stable gasification, and It is an object to provide a gasification method.
本発明では、上述の課題は、次のような構成のバイオマスのガス化装置及びガス化方法により解決される。 In the present invention, the above-described problems are solved by a biomass gasification apparatus and gasification method having the following configuration.
<バイオマスガス化装置>
本発明は、バイオマスのガス化装置に関しては、ガス化炉にバイオマス造粒物又はバイオマス成形物を供給するバイオマス供給装置と、ガス化炉にガス化剤を供給するガス化剤供給装置と、ガス化炉内にバイオマス造粒物又はバイオマス成形物が堆積して形成されるバイオマス充填層の上部の水分凝縮が生じている湿潤層の上面高さ位置を検知する湿潤層位置検知装置と、湿潤層位置検知装置により検知した湿潤層の上面高さ位置を示す検知信号に基づき、湿潤層の上面高さ位置を所定範囲にするように、バイオマス供給装置により供給するバイオマス造粒物又はバイオマス成形物の供給条件と、ガス化剤供給量及びガス化剤の組成比を含むガス化剤供給条件との少なくとも一方を制御する湿潤層位置制御装置とを有することを特徴としている。
<Biomass gasifier>
The present invention relates to a biomass gasification apparatus, a biomass supply apparatus for supplying a biomass granulated product or a biomass molded product to a gasification furnace, a gasification agent supply apparatus for supplying a gasification agent to a gasification furnace, and a gas Wet layer position detection device for detecting the upper surface height position of the wet layer in which moisture condensation is formed on the upper part of the biomass packed bed formed by depositing the biomass granulated product or biomass molded product in the conversion furnace, and the wet layer Based on the detection signal indicating the upper surface height position of the wet layer detected by the position detection device, the biomass granulated product or biomass molded product supplied by the biomass supply device so that the upper surface height position of the wet layer is within a predetermined range. It has a wet layer position control device for controlling at least one of supply conditions and gasification agent supply conditions including a gasification agent supply amount and a composition ratio of the gasification agent. .
与えられたバイオマスの供給条件について、すなわち、造粒物あるいは成形物の性状や形状、推測される水分率、バイオマス供給量について、充填層上部に形成される湿潤層が許容層厚をもつ充填層高さ位置の範囲、換言すれば湿潤層の上面高さ位置の範囲を所定範囲として予め定めておき、ガス化時に、上記条件のもとで供給されたバイオマスに湿潤層の上面高さを実測して、これを上記所定範囲となるように制御する。バイオマスの上面高さは、上記条件が同じでも、ガス化剤供給量やガス化剤の組成比といったガス化剤供給条件によって変わるので、上記制御はこのガス化剤供給量やガス化剤組成比を調整することにより行うことができる。このことは、ガス化剤供給条件を変えずに、バイオマス供給条件、特にバイオマス供給量を調整することによっても、このバイオマス供給条件のもとで湿潤層の上面高さ位置を所定範囲にすることができることを意味している。又、さらにはバイオマス供給条件とガス化剤供給条件の両者を同時に調整することによっても、湿潤層上面高さ位置を上記所定範囲に収めることができる。 A packed bed in which the wet layer formed above the packed bed has an allowable layer thickness for the given biomass supply conditions, that is, the properties and shape of the granulated or molded product, the estimated moisture content, and the biomass supply amount The range of the height position, in other words, the range of the upper surface height position of the wet layer is determined in advance as a predetermined range, and the upper surface height of the wet layer is measured on the biomass supplied under the above conditions during gasification. Then, this is controlled to be within the predetermined range. The height of the upper surface of the biomass varies depending on the gasifying agent supply conditions such as the gasifying agent supply amount and the composition ratio of the gasifying agent even if the above conditions are the same. This can be done by adjusting. This means that the upper surface height position of the wet layer can be set within a predetermined range under the biomass supply conditions by adjusting the biomass supply conditions, particularly the biomass supply amount, without changing the gasifying agent supply conditions. Means you can. Furthermore, the wet layer upper surface height position can be kept within the predetermined range by simultaneously adjusting both the biomass supply condition and the gasifying agent supply condition.
本発明において、湿潤層位置検知装置は、ガス化炉内側壁に設けられガス化炉内圧力を高さ方向の複数位置で計測する複数の圧力計として構成することができる。バイオマス充填層の上部を形成する湿潤層と、この湿潤層の上面よりも上方の炉内空間とでは、炉内圧力が大きく相違する。例えば、湿潤層の上方の炉内空間の圧力は湿潤層より低くなっている。したがって、上記高さ方向の複数位置で炉内圧力を計測すれば、炉内圧力が変化する高さ位置が湿潤層の上面高さ位置ということとなる。 In the present invention, the wet layer position detection device can be configured as a plurality of pressure gauges provided on the inner wall of the gasification furnace and measuring the pressure in the gasification furnace at a plurality of positions in the height direction. The furnace pressure is greatly different between the wet layer forming the upper part of the biomass packed bed and the furnace space above the upper surface of the wet layer. For example, the pressure in the furnace space above the wet layer is lower than that of the wet layer. Therefore, if the furnace pressure is measured at a plurality of positions in the height direction, the height position at which the furnace pressure changes is the upper surface height position of the wet layer.
また、本発明において、湿潤層位置検知装置は、ガス化炉頂部から懸垂されたチェーンと錘により湿潤層の上面高さ位置を計測するサウンジング装置として構成することができる。 In the present invention, the wet layer position detection device can be configured as a sounding device that measures the upper surface height position of the wet layer by a chain and a weight suspended from the top of the gasification furnace.
<バイオマスガス化方法>
本発明は、バイオマスガス化方法に関しては、ガス化炉内にバイオマス造粒物又はバイオマス成形物が堆積して形成されるバイオマス充填層の上部の水分凝縮が生じている湿潤層の上面高さ位置を検知し、検知した湿潤層の上面高さ位置を所定範囲にするように、ガス化炉に供給するバイオマス造粒物又はバイオマス成形物の供給条件と、ガス化剤供給量及びガス化剤の組成比を含むガス化剤供給条件との少なくとも一方を制御することを特徴としている。
<Biomass gasification method>
The present invention relates to a biomass gasification method, wherein the upper surface height position of the wet layer in which moisture condensation occurs in the upper part of the biomass packed bed formed by depositing the biomass granulated product or biomass molded product in the gasification furnace And the supply conditions of the biomass granulated product or biomass molded product to be supplied to the gasification furnace, the supply amount of the gasifying agent and the gasifying agent so that the upper surface height position of the detected wet layer falls within a predetermined range. It is characterized by controlling at least one of the gasifying agent supply conditions including the composition ratio.
本発明において、ガス化炉内側壁に設けた複数の圧力計によりガス化炉内圧力を高さ方向の複数位置で計測することにより湿潤層の上面高さ位置を検知することができる。 In the present invention, the upper surface height position of the wet layer can be detected by measuring the pressure in the gasification furnace at a plurality of positions in the height direction with a plurality of pressure gauges provided on the inner wall of the gasification furnace.
また、本発明において、ガス化炉頂部から懸垂されたチェーンと錘により湿潤層の上面高さ位置を計測するサウンジング装置により湿潤層の上面高さ位置を検知することができる。 In the present invention, the upper surface height position of the wet layer can be detected by a sounding device that measures the upper surface height position of the wet layer with a chain and a weight suspended from the top of the gasification furnace.
本発明によれば、粉体状バイオマスを造粒又は成形したバイオマス造粒物又はバイオマス成形物をガス化炉に供給しても、湿潤層の層厚が許容範囲に収まるように湿潤層の上面高さが所定範囲に収められるので、湿潤層においてバイオマス造粒物又はバイオマス成形物が互いに付着して団塊状物を形成することを防止して、充填層内の均一なガス流れを形成でき、安定したガス化を行うことができるバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法を提供することができる。 According to the present invention, even if a biomass granulated product or biomass molded product obtained by granulating or molding powdery biomass is supplied to the gasification furnace, the upper surface of the wet layer is kept within an allowable range. Since the height falls within a predetermined range, it is possible to prevent the biomass granulated product or biomass molded product from adhering to each other in the wet layer to form a conglomerate, and form a uniform gas flow in the packed bed, A biomass gasification apparatus and a biomass gasification method capable of performing stable gasification can be provided.
以下、添付図面にもとづき本発明の一実施形態装置を説明する。 Hereinafter, an apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1において、符号1はバイオマスを熱分解してこれをガス化するガス化炉である。該ガス化炉1は、炉外からバイオマスを受ける供給口1Aを有すると共に、炉内に形成されるバイオマスの充填層へガス化剤を受ける給気口1Bと生成ガスを炉上部から排出する排気口1Cとを有している。このガス化剤は、例えば、空気と水蒸気の混合体である。さらに、上記ガス化炉1は、高さ方向で、予想されるバイオマスの湿潤層の高さをカバーする範囲に、湿潤層の上面高さ位置を検知する検知要素としての圧力計が複数配置されている。
In FIG. 1, the code | symbol 1 is a gasification furnace which thermally decomposes biomass and gasifies this. The gasification furnace 1 has a
上記ガス化炉1には、バイオマス供給装置2が接続され、該バイオマス供給装置2は、貯留槽3を経て、バイオマス造粒装置あるいは成形装置4からバイオマスを受けるようになっている。造粒装置あるいは成形装置4は、粉状あるいは細破砕されたバイオマスを受けて、所定の大きさの造粒バイオマスあるいは成形バイオマス(以下、単に「バイオマス」という)とする。このバイオマスは上記貯留槽3に貯留された後、適宜量だけロータリフィーダ等の切り出し装置により貯留槽3から切り出されて上記バイオマス供給装置2へもたらされる。バイオマスは、例えば、おがくずや、製紙スラッジ、乾燥下水汚泥、もみ殻、食品残渣等の粉状バイオマスを造粒装置または成形装置4により造粒又は成形して得られる。 A biomass supply device 2 is connected to the gasification furnace 1, and the biomass supply device 2 receives the biomass from the biomass granulation device or the molding device 4 via the storage tank 3. The granulating device or the forming device 4 receives the powdered or finely crushed biomass and converts it into a predetermined size of granulated biomass or shaped biomass (hereinafter simply referred to as “biomass”). After the biomass is stored in the storage tank 3, an appropriate amount is cut out from the storage tank 3 by a cutting device such as a rotary feeder and brought to the biomass supply apparatus 2. The biomass is obtained, for example, by granulating or molding powdery biomass such as sawdust, papermaking sludge, dried sewage sludge, rice husk, food residue, etc. with a granulator or molding device 4.
該バイオマス供給装置2は、コンベア、スクリューフィーダ等の搬送装置により上記ガス化炉1の供給口1Aに接続されていて、バイオマスはバイオマス供給装置2のスクリューフィーダ等により上記供給口1Aから炉内へ落下供給される。供給量は、例えば該スクリューフィーダの回転数を調整することや運転をオンオフして制御される。
The biomass supply device 2 is connected to the
上記ガス化炉1の下部における給気口1Bにはガス化剤供給装置5が接続されている。該ガス化剤供給装置5は、ガス化炉1の下部に設けられた給気口1Bへ空気と水蒸気からなるガス化剤を供給する装置であり、外部から空気を取り入れ送風するブロワ(図示せず)、水を加熱して水蒸気を発生させる水蒸気発生器(図示せず)、空気と水蒸気を混合する混合器(図示せず)を有している。このガス化剤供給装置5では、ブロワの送風量を調整することにより混合器に供給する空気供給量を調整すること、及び水蒸気発生器の水蒸気発生量を調整することのうち少なくとも一つを行って、ガス化剤供給量又はガス化剤組成比を制御するようになっている。又、混合器からガス化剤をガス化炉に流送する流路に設けた流量調整ダンパにより必要に応じガス化剤供給量を調整して制御するようになっている。
A gasifying
バイオマス充填層の温度が100℃以下の領域ではバイオマスの熱分解、ガス化により発生した水蒸気が凝縮して水分が生成し、また供給されたバイオマスはまだ乾燥されておらず、湿潤層を形成している。ガス化炉1には、湿潤層位置検知装置6が接続されている。該湿潤層位置検知装置6は、上記ガス化炉1の内壁に高さ方向で予想される湿潤層の高さをカバーする範囲で複数位置に設けられた既述の検知要素としての圧力計6Aと、この複数の圧力計から得た検知炉内圧力の分布から湿潤層位置、具体的には湿潤層の上面高さ位置を算出する手段とを備えている。
In the region where the temperature of the biomass packed bed is 100 ° C or lower, water vapor generated by thermal decomposition and gasification of the biomass is condensed to produce moisture, and the supplied biomass has not yet been dried, forming a wet layer. ing. A wet layer position detection device 6 is connected to the gasification furnace 1. The wet layer position detecting device 6 includes
ガス化炉1の内壁に高さ方向の複数位置に設けられた圧力計6Aは、それぞれの位置で、炉内圧力を計測する。また、バイオマス充填層の圧力は、湿潤層より上方の空間の圧力より高いので、ガス化炉1内壁の高さ方向の各位置での炉内圧力を計測することにより、上記湿潤層位置検出装置6において、高さ方向での圧力分布において圧力が変化する高さ位置から湿潤層の上面高さ位置(湿潤層の上面の炉底部からの高さ)を求める。この湿潤層の上面高さ位置の計測データは湿潤層位置制御装置7へ送信される。 Pressure gauges 6A provided at a plurality of positions in the height direction on the inner wall of the gasification furnace 1 measure the pressure in the furnace at each position. Moreover, since the pressure of the biomass packed bed is higher than the pressure of the space above the wet bed, the wet bed position detecting device is obtained by measuring the furnace pressure at each position in the height direction of the inner wall of the gasification furnace 1. 6, the upper surface height position of the wet layer (the height of the upper surface of the wet layer from the furnace bottom) is determined from the height position where the pressure changes in the pressure distribution in the height direction. The measurement data of the upper surface height position of the wet layer is transmitted to the wet layer position control device 7.
湿潤層位置制御装置7は、湿潤層位置検知装置6から送信された湿潤層の上面高さ位置の計測データを受け、予め定めた湿潤層の上面高さ位置の好ましい所定範囲と比較し、湿潤層の上面高さ位置が好ましい所定範囲になるように、バイオマス供給装置2とガス化剤供給装置5の少なくとも一方に指令信号を送り、バイオマス供給条件と、ガス化剤供給条件の少なくとも一方を制御する。
The wetting layer position control device 7 receives the measurement data of the upper surface height position of the wetting layer transmitted from the wetting layer position detection device 6 and compares it with a predetermined predetermined range of the upper surface height position of the wetting layer. A command signal is sent to at least one of the biomass supply device 2 and the gasifying
ここで、上記所定範囲、そしてバイオマス供給条件及びガス化剤供給条件について説明する。 Here, the said predetermined range, biomass supply conditions, and gasifying agent supply conditions are demonstrated.
バイオマス供給条件とは、造粒あるいは成形されたバイオマスの性状、形状、水分率、バイオマスの供給量であるが、供給されるバイオマスの種類、状態が特定されれば、バイオマス供給条件は主としてバイオマス供給装置2におけるバイオマス供給量で定まる。又、ガス化剤供給条件とは、ガス化剤供給装置5におけるガス化剤供給量そしてガス化剤組成比である。
Biomass supply conditions are the properties, shape, moisture content, and biomass supply of granulated or molded biomass. If the type and state of biomass to be supplied are specified, the biomass supply conditions are mainly biomass supply. It is determined by the biomass supply amount in the apparatus 2. Further, the gasifying agent supply conditions are the gasifying agent supply amount and the gasifying agent composition ratio in the gasifying
造粒あるいは成形されたバイオマスがガス化炉1内に供給されて形成された充填層内で、バイオマスは乾燥領域に下降するまでの間に、周囲の水分を吸収して膨潤して体積が増大し、隣接するバイオマス(造粒物あるいは成形物)同士が付着し結合して団塊状物が形成されると、通気抵抗が大きくなり問題が生じるため、このような現象が生じないように、バイオマスは短時間で乾燥領域に下降することが望まれる。そのため、バイオマスが炉内に供給されてから乾燥領域に到るまで滞留する湿潤層の層厚は小さい方が好ましい。湿潤層の層厚の実用的な制御は、湿潤層の上面高さ位置を制御することで行うことが可能であり、また望ましい。湿潤層の上面高さ位置の好ましい所定範囲を、バイオマス供給条件に基づいて予め定めておき、湿潤層の上面高さ位置を好ましい所定範囲になるようにバイオマス供給条件(多くの場合、バイオマス供給量)とガス化剤供給条件を調整することによって制御する。 Within the packed bed formed by supplying granulated or molded biomass into the gasification furnace 1, the biomass absorbs the surrounding water and swells until the biomass descends to the drying zone, increasing its volume. However, if adjacent biomass (granulated product or molded product) adheres and binds to form a nodule, the ventilation resistance increases and a problem arises. It is desired to descend to the drying area in a short time. Therefore, it is preferable that the thickness of the wet layer in which the biomass stays until it reaches the dry region after being supplied into the furnace is smaller. Practical control of the thickness of the wet layer is possible and desirable by controlling the upper surface height position of the wet layer. A preferable predetermined range of the upper surface height position of the wet layer is determined in advance based on the biomass supply conditions, and the biomass supply conditions (in many cases, the biomass supply amount are set so that the upper surface height position of the wet layer is within the preferable predetermined range. ) And adjusting the gasifying agent supply conditions.
この制御は、湿潤層の上面高さ位置が所定範囲の上限位置より上にある場合には、バイオマス供給条件としてのバイオマス供給量を減少、ガス化剤供給条件としてのガス化剤供給量を増加あるいはガス化剤組成比の空気比を増加の少なくとも一方を行うことによってなされる。 This control reduces the biomass supply amount as a biomass supply condition and increases the gasifier supply amount as a gasification agent supply condition when the upper surface height position of the wet layer is above the upper limit position of the predetermined range. Or it is made by performing at least one of the increase of the air ratio of a gasification agent composition ratio.
これに対して、湿潤層の上面高さ位置が所定範囲の下限位置より下にある場合には、バイオマス供給条件としてのバイオマス供給量を増加、ガス化剤供給条件としてのガス化剤供給量を減少あるいはガス化剤組成比の空気比を減少の少なくとも一方を行うことによってなされる。 On the other hand, when the upper surface height position of the wet layer is below the lower limit position of the predetermined range, the biomass supply amount as the biomass supply condition is increased, and the gasification agent supply amount as the gasification agent supply condition is increased. This is done by at least one of reducing or reducing the air ratio of the gasifying agent composition ratio.
このような制御を行うことにより、ガス化炉内でのバイオマスの熱分解、ガス化を活発にしバイオマスの充填層の最上位置を低下させて湿潤層の上面高さ位置を好ましい所定範囲にする。すなわち、このような制御のもとで、不足気味であったバイオマスの供給を増加させ、バイオマスの供給とバイオマスの熱分解、ガス化の速度を同調させ、バイオマスの充填層の最上位置を上昇させ湿潤層の上面高さ位置を好ましい所定範囲にする。 By performing such control, the thermal decomposition and gasification of the biomass in the gasification furnace is activated, the uppermost position of the packed bed of biomass is lowered, and the upper surface height position of the wet layer is set within a preferable predetermined range. In other words, under such control, the supply of biomass that was scarce was increased, the speed of biomass supply, pyrolysis and gasification of the biomass was synchronized, and the uppermost position of the packed bed of biomass was raised. The upper surface height position of the wet layer is set to a preferable predetermined range.
次に、このような本実施形態装置でのバイオマスがどのようにガス化されるのかについて説明する。 Next, how the biomass in the apparatus of this embodiment is gasified will be described.
(1)先ず、バイオマスは造粒装置あるいは成形装置4で、所定の大きさに造粒あるいは成形される。 (1) First, biomass is granulated or molded to a predetermined size by a granulator or a molding device 4.
(2)造粒あるいは成形されたバイオマスは、貯留槽3に貯留され、該貯留槽3から切り出されてバイオマス供給装置2へ送られる。 (2) The granulated or molded biomass is stored in the storage tank 3, cut out from the storage tank 3, and sent to the biomass supply device 2.
(3)バイオマス供給装置2は、湿潤層位置制御装置7からの指令信号にもとづき、搬送装置によりバイオマスを指令された量だけガス化炉1の供給口1Aから供給する。供給量は、例えば、スクリューフィーダ回転数を調整して制御される。
(3) Based on the command signal from the wet layer position control device 7, the biomass supply device 2 supplies biomass from the
(4)一方、ガス化剤供給装置5も、上記湿潤層位置制御装置7から指令信号を受けており、この指令信号にもとづき、空気と水蒸気から成るガス化剤の供給量そして空気と水蒸気の量比を調整して、ガス化剤をガス化炉1の給気口1Bへ送気する。
(4) On the other hand, the gasifying
(5)バイオマス供給装置2から、造粒あるいは成形されたバイオマスの供給を受けたガス化炉1には、該バイオマスの充填層が形成される。そして、この充填層には、給気口1Bから受けたガス化剤としての空気と水蒸気が充填層のバイオマス粒子間を上昇し、該充填層の上層部を湿潤層とする。バイオマスは、湿潤層から乾燥領域、熱分解領域、還元領域、酸化領域へと順次降下し、その間に、既述したように、生成ガスを生成し、該生成ガスは炉内を上昇して排気口1Cから取り出される。
(5) A packed bed of the biomass is formed in the gasification furnace 1 that has been supplied with the granulated or molded biomass from the biomass supply device 2. In this packed bed, air and water vapor as gasifying agents received from the
(6)湿潤層位置検知装置6は、その複数の圧力計6Aによって、炉内圧力を検知しており、高さ方向の炉内圧力分布を得ている。充填層よりも上方の空間の圧力は充填層の圧力より低くなっている。したがって、湿潤層位置検知装置6では、高さ方向の炉内圧力分布が変化する高さ位置を、湿潤層の上面高さ位置と定め、その信号が湿潤層位置制御装置7へ送信する。
(6) The wet layer position detection device 6 detects the pressure in the furnace with the plurality of
(7)湿潤層の上面高さ位置に対応する信号を受けた湿潤層位置制御装置7は、検知した湿潤層の上面高さ位置が予め定められた所定範囲に入るように、バイオマス供給条件そしてガス化剤供給条件を変更するように、バイオマス供給装置2そしてガス化剤供給装置5へ指令信号を送信する。この指令信号は、予め記憶されているデータにもとづき、バイオマス供給装置2からのバイオマス供給量をどの位にするか、ガス化剤供給装置5からのガス化剤の供給量そして組成比をどの位にするか、という信号形態で、上記バイオマス供給装置2そしてガス化剤供給装置5へ送られ、これら装置を制御する。
(7) Upon receiving a signal corresponding to the upper surface height position of the wet layer, the wet layer position control device 7 receives the biomass supply condition and the biomass surface condition so that the detected upper surface height position of the wet layer falls within a predetermined range. A command signal is transmitted to the biomass supply device 2 and the gasification
(8)このように制御されたバイオマス供給装置2からガス化炉1へ供給されたバイオマスは、同じく制御されたガス化剤供給装置5から受けたガス化剤により、ガス化される。このように制御されると、粉体状バイオマスを造粒又は成形したバイオマスをガス化炉に供給しても、湿潤層においてバイオマス同士が互いに付着して団塊状物を形成することが防止されて、充填層内に均一なガス流れが形成され、安定したガス化が行われる。
(8) The biomass supplied to the gasification furnace 1 from the biomass supply device 2 controlled in this way is gasified by the gasifying agent received from the gasifying
上述した実施形態では、湿潤層の上面高さ位置を好ましい所定範囲に収めるように、バイオマス供給条件としてのバイオマス供給量と、ガス化剤供給条件としてのガス化剤供給量あるいはガス化剤組成比を制御しているが、ガス化炉からの発生熱量すなわち生成ガス量を設定した運転を行う場合には、ガス化剤供給条件は設定ガス量に対応する条件に設定しておき、湿潤層の上面高さ位置を好ましい所定範囲に収めるように、バイオマス供給条件を制御するようにする。 In the embodiment described above, the biomass supply amount as the biomass supply condition and the gasification agent supply amount or the gasification agent composition ratio as the gasification agent supply condition so that the upper surface height position of the wet layer falls within a preferable predetermined range. However, when the operation is performed with the amount of heat generated from the gasification furnace, that is, the amount of generated gas set, the gasifying agent supply condition is set to a condition corresponding to the set gas amount, Biomass supply conditions are controlled so that the upper surface height position falls within a preferable predetermined range.
本発明は、バイオマスから燃料ガスを生成する産業分野で利用可能である。 The present invention can be used in the industrial field where fuel gas is generated from biomass.
1 ガス化炉
2 バイオマス供給装置
5 ガス化剤供給装置
6 湿潤層位置検知装置
7 湿潤層位置制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gasification furnace 2
Claims (6)
ガス化炉にバイオマス造粒物又はバイオマス成形物を供給するバイオマス供給装置と、
ガス化炉にガス化剤を供給するガス化剤供給装置と、
ガス化炉内にバイオマス造粒物又はバイオマス成形物が堆積して形成されるバイオマス充填層の上部の水分凝縮が生じている湿潤層の上面高さ位置を検知する湿潤層位置検知装置と、
湿潤層位置検知装置により検知した湿潤層の上面高さ位置を示す検知信号に基づき、湿潤層の上面高さ位置を所定範囲にするように、バイオマス供給装置により供給するバイオマス造粒物又はバイオマス成形物の供給条件と、ガス化剤供給量及びガス化剤の組成比を含むガス化剤供給条件との少なくとも一方を制御する湿潤層位置制御装置とを有することを特徴とするバイオマスのガス化装置。 In a gasification apparatus that obtains a product gas by pyrolyzing a biomass granulated product or biomass molded product obtained by granulating or molding powdered biomass in a gasification furnace,
A biomass supply device for supplying a biomass granulated product or biomass molded product to a gasifier;
A gasifying agent supply device for supplying a gasifying agent to the gasification furnace;
A wet layer position detecting device for detecting the upper surface height position of the wet layer in which moisture condensation occurs in the upper part of the biomass packed bed formed by depositing the biomass granulated product or biomass molded product in the gasification furnace;
Based on the detection signal indicating the upper surface height position of the wet layer detected by the wet layer position detection device, the biomass granulated material or biomass molding supplied by the biomass supply device so that the upper surface height position of the wet layer is within a predetermined range. A biomass gasification apparatus comprising: a wet layer position control device that controls at least one of a supply condition of a product and a gasification agent supply condition including a gasification agent supply amount and a composition ratio of the gasification agent .
ガス化炉内にバイオマス造粒物又はバイオマス成形物が堆積して形成されるバイオマス充填層の上部の水分凝縮が生じている湿潤層の上面高さ位置を検知し、
検知した湿潤層の上面高さ位置を所定範囲にするように、ガス化炉に供給するバイオマス造粒物又はバイオマス成形物の供給条件と、ガス化剤供給量及びガス化剤の組成比を含むガス化剤供給条件との少なくとも一方を制御することを特徴とするバイオマスのガス化方法。 In a gasification method of obtaining a product gas by thermally decomposing a biomass granulated product or a biomass molded product obtained by granulating or molding a powdery biomass by receiving a gasifying agent in a gasification furnace,
Detecting the upper surface height position of the wet layer where moisture condensation occurs in the upper part of the biomass packed bed formed by depositing the biomass granulated product or biomass molded product in the gasification furnace,
Including the supply conditions of the biomass granulated product or biomass molded product to be supplied to the gasification furnace, the supply amount of the gasifying agent, and the composition ratio of the gasifying agent so that the detected upper surface height position of the wet layer falls within a predetermined range A method for gasifying biomass, comprising controlling at least one of gasification agent supply conditions.
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