JP2014001324A - 可燃性の燃料ガスを生成するガス化炉、及び、その制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可燃性の燃料ガスを生成するガス化炉において、燃焼スペースへの空気の供給を確実に行なえるようにし、タールの分解を長期間に亘って効率よく行えるようにする。
【解決手段】
本発明は、ブリケットを筒状燃焼部２２の内部空間２２Ａに供給し、空気量を制限しつつ燃焼させることで、可燃性の燃料ガスを生成するガス化炉１１であって、内側空間２２Ａを上下方向に長い縦長形状に形成し、下側空気導入部２７によって、内側空間２２Ａにおける高さ方向中央よりも下側の位置に外周側から空気を導入し、上側空気導入部２８によって、内側空間２２Ａにおける高さ方向中央よりも上側の位置に外周側から空気を導入する。
【選択図】図４

Description

本発明は、可燃性の燃料ガスを生成するガス化炉、及び、その制御方法に関する。

木質系バイオマスを有効利用する観点から、木質系バイオマスから燃料ガスを生成する研究がなされている。木質系バイオマスは油分を含んでいるため、燃料ガスはタールを含んでしまう。

燃料ガスに含まれるタールを減少させる技術として、特許文献１には、燃焼スペースにおける径方向中心部の上側と下側に２つの空気吹き出し部材を配置し、燃焼スペースの上側で燃料（木質系バイオマス等）を乾留炭化し、燃焼スペースの下側で、燃料ガスやタールを含む乾留ガスを酸化分解することが記載されている。

この特許文献１の装置では、空気吹き出し部材が上下に間隔を空けて配置されているので、熱分解によって生成されたタールを分解する酸化層が上下方向に拡張され、燃料ガスに含まれるタールを低減できる。

特開２００５−８９５１９号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、これらの空気吹き出し部材が燃焼スペースにおける径方向中心部に配置されているため、燃料ガスに残存するタールが、継続的な使用によって空気吹き出し部材の一部に付着すると、周方向における空気の吹き出し量がばらつき、タールの低減効果が損なわれてしまうという問題があった。そして、空気吹き出し部材が燃焼スペースにおける径方向中心部に配置されているため、一旦ばらつきが生じてしまうと、このばらつきを調整することは困難であった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、可燃性の燃料ガスを生成するガス化炉において、燃焼スペースへの空気の供給を確実に行なえるようにし、タールの分解を長期間に亘って効率よく行えるようにすることにある。

前記目的を達成するため、本発明は、油分を含む燃料を燃焼スペースに供給し、空気量を制限しつつ加熱することで、熱分解によって生成されたタールを酸化層で燃焼させ、可燃性の燃料ガスを生成するガス化炉であって、前記燃焼スペースは、上下方向に長い縦長形状に形成され、前記燃焼スペースにおける高さ方向中央よりも下側の位置に外周側から空気を導入する下側空気導入部と、前記燃焼スペースにおける高さ方向中央よりも上側の位置に外周側から空気を導入する上側空気導入部とを設けたことを特徴とする。

本発明のガス化炉によれば、下側空気導入部と上側空気導入部のそれぞれから燃焼スペースに対して空気を供給しているので、タールを燃焼させる酸化層が上下方向に拡張され、タールの発生を抑制しつつ燃料ガスを生成することができる。加えて、下側空気導入部と上側空気導入部のそれぞれが、燃焼スペースの外周側から空気を供給しているので、タールの付着に起因する目詰まりの発生を抑制でき、酸化層での燃焼状態を良好に維持できる。これにより、燃料ガスに含まれるタールを低減することができる。

前述のガス化炉において、前記上側空気導入部は、一端が大気開放され、他端が前記燃焼スペースへ連通された上側空気導入管と、前記上側空気導入管に設けられて、弁開度が調整可能な上側空気量調整弁とを有することが好ましい。この構成では、酸化層でのタールの燃焼状態に応じ、上側空気調整弁を操作することで、酸化層での燃焼状態を容易に制御できる。

前述のガス化炉において、前記上側空気導入管は、前記燃焼スペースに対して放射状に複数設けられ、前記上側空気量調整弁は、複数の前記上側空気導入管のそれぞれに設けられていることが好ましい。この構成では、燃焼スペースに対して周方向の複数箇所から空気を、量を調整しつつ導入できるので、酸化層における周方向の燃焼状態を調整できる。これにより、燃焼スペース内の燃料をくまなく燃焼させることができる。

前述のガス化炉において、前記下側空気導入部は、一端が大気開放され、他端が前記燃焼スペースへ連通された下側空気導入管と、前記下側空気導入管に設けられて、弁開度が調整可能な下側空気量調整弁とを有することが好ましい。この構成では、酸化層でのタールの燃焼状態に応じ、下側空気調整弁を操作することで、酸化層での燃焼状態を容易に制御できる。

前述のガス化炉において、前記下側空気導入管は、前記燃焼スペースに対して放射状に複数設けられ、前記空気量調整弁は、複数の前記下側空気導入管のそれぞれに設けられていることが好ましい。この構成では、燃焼スペースに対して周方向の複数箇所から空気を、量を調整しつつ導入できるので、酸化層における周方向の燃焼状態を調整できる。これにより、燃焼スペース内の燃料をくまなく燃焼させることができる。

前述のガス化炉において、前記燃焼スペースは、前記下側空気導入部が設けられ、前記燃焼スペースの一部を形成する下側筒状部材と、前記上側空気導入部が設けられるとともに前記燃焼スペースの他の一部を形成し、かつ、前記下側筒状部材の上部に取り付け可能に構成された上側筒状部材とによって、構成されていることが好ましい。この構成では、上側筒状部材が下側筒状部材とは別の部材によって構成されているので、既存のガス化炉が備える、燃焼スペースを形成する筒状部材を下側筒状部材として用い、上側筒状部材を既存のガス化炉の筒状部材に取り付けることで、容易に本発明のガス化炉を構成できる。

前述のガス化炉において、前記燃料は、木質バイオマスであることが好ましい。

また、本発明は、上下方向に長い縦長形状に形成された燃焼スペースと、前記燃焼スペースにおける高さ方向中央よりも下側の位置に外周側から空気を導入する下側空気導入部と、前記燃焼スペースにおける高さ方向中央よりも上側の位置に外周側から空気を導入する上側空気導入部とを有し、油分を含む燃料を前記燃焼スペースに供給し、空気量を制限しつつ加熱することで、熱分解によって生成されたタールを酸化層で燃焼させ、可燃性の燃料ガスを生成するガス化炉の制御方法であって、前記上側空気導入部から導入される空気の量を調整することで、前記下側空気導入部から前記上側空気導入部までの範囲に対応する前記酸化層の温度を、タールの燃焼温度以上に定めることを特徴とする。

本発明の制御方法によれば、下側空気導入部と上側空気導入部によって燃焼スペースの外周側から空気を供給し、かつ、下側空気導入部から上側空気導入部までの範囲に対応する酸化層の温度をタールの燃焼温度以上に定めているので、タールの付着に起因する目詰まりの発生を抑制でき、酸化層での燃焼状態を良好に維持できる。これにより、燃料ガスに含まれるタールを低減することができる。

本発明によれば、可燃性の燃料ガスを生成するガス化炉において、燃焼スペースへの空気の供給を確実に行うことができ、タールの分解を長期間に亘って効率よく行うことができる。

発電システムの構成を説明するブロック図である。 ガス化部の構成を説明する図である。 ガス化炉の全体構成を説明する斜視図である。 ガス化炉全体の縦断面図である。 下側筒状部材の横断面図である。 上側筒状部材を説明する斜視図である。 燃焼試験の結果を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。ここで、本発明に係るガス化炉は、油を含有する種子（木質バイオマス）を用いて発電を行う発電システムに組み込まれている。このため、ガス化炉の説明に先立って、発電システムについて説明を行う。

図１に示す発電システムは、種子から液体状の油を搾り出して燃料油とするとともに、搾油残渣をガス化して燃料ガスとし、かつ、燃料油と燃料ガスとを混焼することで発電を行うものである。この発電システムは、乾燥部１と、搾油部２と、ブリケット部３と、脱リン処理部４と、濾過部５と、ガス化部６と、発電部７とを有している。

乾燥部１は種子を乾燥させる部分であり、例えば種子を焙煎する焙煎装置（図示せず）を有している。この乾燥部１は、発電部７からの排気ガスを熱源として利用している。また、種子として、ジャトロファの種子を用いている。搾油部２は、乾燥状態の種子から油を搾り出す部分である。この搾油部２によって、租油と搾油後の残渣とに分離される。

ブリケット部３は、搾油後の残渣を乾燥バイオマス等と混合して豆炭状のブリケットに成型する部分であり、ブリケット装置（図示せず）を有している。このブリケットは、搾油後の種子残渣を主成分としていることから木質バイオマスの一種に相当する。そして、得られたブリケットは、燃料ガスの原料としてガス化部６で処理される。

脱リン処理部４は、租油からリン成分を除去する脱リン処理を行う部分であり、粒子を沈降させる沈降タンクやリン成分を除去する脱リン装置（何れも図示せず）を有している。濾過部５は、リン成分が除去された租油に対する濾過を行う部分であり、フィルタープレス（図示せず）を有している。このフィルタープレスで濾過することで、不純物が除去された精製油が得られる。この精製油は、発電部７にて燃料として用いられる。

ガス化部６は、ブリケット部３で作製されたブリケットを加熱して燃料ガスを得る部分であり、図２に示すように、ガス化炉１１、ガスサイクロン１２、スクラバー１３、及びブロアー１４などを含んで構成されている。

ガス化炉１１は、空気を制限した状態でブリケットを加熱することで、ブリケットが含有する有機物を分解して燃料ガス（Ｈ_２，ＣＯ，ＣＨ_４等の可燃性成分を含有するガス）を生成する。本実施形態のガス化炉１１は、ダウンドラフト型の固定床ガス化炉によって構成されている。ダウンドラフト型のガス化炉を用いた理由は、燃焼スペースにおいて気体が下方に流れて炎の拡散を抑制できるからである。なお、ガス化炉１１については、後で詳しく説明する。

ガスサイクロン１２は、生成された燃料ガスに対する粉塵等の除去を行う装置である。また、スクラバー１３は、ガスサイクロン１２からの燃料ガスに含まれる粉塵をさらに除去する装置である。これらのガスサイクロン１２やスクラバー１３により、燃料ガスが清浄化される。ブロアー１４は、清浄化された燃料ガスを吸い込んで発電部７へ送出する部分であり、燃料ガスの流量を規定する。

発電部７は、精製油（液体燃料）と混合ガス（燃料ガス＋空気）とから動力を取得し、発電する部分である。発電部７は、例えば油貯留タンク、ディーゼルエンジン、発電機を含んで構成されている（何れも図示せず）。油貯留タンクは、精製油といったディーゼルエンジン用の燃料を貯留する容器である。ディーゼルエンジンは、燃料油を消費して発電機を駆動するための動力を発生する装置である。発電機は、エンジンで得られた動力で回転し、交流電力を発生させる装置である。

この発電システムでは、ブリケットをガス化炉１１に供給し、可燃性の燃料ガスを生成している。このブリケットは搾油後の種子残渣を多く含んでいるので、ガス化炉１１で燃焼させると残渣に含まれる油分がタールになりやすく、空気の導入部に目詰まり等の不具合が生じることがある。この不具合によって、燃料ガスに含まれるタールの除去が不十分となり、ディーゼルエンジン等の下流側の機器に悪影響を与える虞がある。

そこで、本実施形態のガス化炉１１では、外周側から燃焼スペースへ空気を導入する下側空気導入部及び上側空気導入部を設けてタールの発生を抑制し、空気を確実に供給できるようにしている。以下、ガス化炉１１について詳細に説明する。

図３及び図４に示すガス化炉１１は、貯留分解部２１と、筒状燃焼部２２と、灰貯留部２３と、スクリューコンベア２４とを有している。そして、ガス化炉１１の上側から、貯留分解部２１、筒状燃焼部２２、灰貯留部２３、及び、スクリューコンベア２４の順に配置されている。

貯留分解部２１は、円筒状の耐熱部材（例えば耐熱レンガ）を耐熱性の金属で覆うことで作製された筒状部材であり、円筒状の内部空間２１Ａが上下方向に延びる状態で取り付けられている。この貯留分解部２１における下端にはフランジ２５が設けられており、上端部には上部カバー２６が着脱可能な状態で被せられている。貯留分解部２１の内部空間２１Ａは、乾燥層及び熱分解層として機能する。すなわち、この内部空間２１Ａは筒状燃焼部２２の内部空間２２Ａと連通されており、筒状燃焼部２２での燃焼に伴って加熱される。

貯留分解部２１の内部空間２１Ａにはブリケットが充填されるため、充填されたブリケットは、筒状燃焼部２２からの熱によって加熱される。この加熱によって、内部空間２１Ａにおける上側部分の温度が上昇（例えば１００℃以上３００℃以下）し、ブリケットに含まれる水分が蒸発して水蒸気となり、ブリケットが乾燥される。従って、内部空間２１Ａにおける上側部分は乾燥層に相当する。

そして、下側ほど高温（例えば３００℃以上６００℃以下）になるため、内部空間２１Ａの下側に位置するブリケットは熱分解され、前述の可燃性成分が生成される。また、この熱分解によってブリケットからはタール、チャー、炭化水素も生成される。以上の説明から明らかなように、内部空間２１Ａにおける下側部分は熱分解層に相当する。

次に、筒状燃焼部２２について説明する。この筒状燃焼部２２は、貯留分解部２１と灰貯留部２３の間に設けられた耐熱性の筒状部材である。筒状燃焼部２２の内部空間２２Ａは、貯留分解部２１から供給される熱分解後の物質を燃焼させる燃焼スペースに相当する。すなわち、内部空間２２Ａにおける下側空気導入部２７から上側空気導入部２８までの範囲は酸化層に相当し、貯留分解部２１よりも高温（例えば７００℃以上９５０℃以下）に調整される。この範囲において、熱分解されたブリケットは酸化反応を起こし可燃性成分が生成される。また、熱分解によって生成されたタールは燃焼される。このように、筒状燃焼部２２は、主に酸化層を形成する部材といえる。

本実施形態における筒状燃焼部２２は、貯留分解部２１と同様に、円筒状の耐熱部材を耐熱性の金属で覆うことで作製され、下側筒状部材２９と上側筒状部材３０とから構成されている。

下側筒状部材２９は、上側筒状部材３０と灰貯留部２３との間に配置された円筒状部材であり、その高さは筒状燃焼部２２の高さの３／４程度に定められている。そして、筒状燃焼部２２における高さ方向の中央よりも下側となる位置には、下側空気導入部２７が設けられている。図５に示すように、下側空気導入部２７は複数の下側空気導入管３１を有しており、これらの下側空気導入管３１の一端側の部分が下側筒状部材２９に対して放射状に接続されている。本実施形態では、６本の下側空気導入管３１が６０度間隔で取り付けられている。

これにより、各下側空気導入管３１が内部空間２２Ａと連通され、内部空間２２Ａにおける周方向の複数箇所から外気が導入される。そして、各下側空気導入管３１は、下側筒状部材２９の外周側から内部空間２２Ａに連通されているので、下側空気導入管３１の開口は、内部空間２２Ａの内壁面の近傍に位置される。このため、タールによる目詰まりが生じ難い。

また、下側空気導入管３１のそれぞれには、弁開度が調整可能な下側空気量調整弁（図示せず）が取り付けられている。この下側空気量調整弁は、下側空気導入管３１を流れる空気量を弁開度に応じて調整するものである。本実施形態では、弁開度を手動で調整可能な調整弁を用いており、内部空間２２Ａの下側部分に供給される空気量を遮断（全閉）から最大（全開）までの範囲で任意に調整できる。

図５に示すように、下側筒状部材２９における下側空気導入管３１と同じ高さには、下側温度計３３が取り付けられている。この下側温度計３３は、下側空気導入管３１の高さにおける内部空間２２Ａの温度を測定するためのものであり、本実施形態では４本の下側温度計３３が９０度間隔で放射状に取り付けられている。

また、図３に示すように、下側筒状部材２９の上端には上側筒状部材３０と接続するためのフランジ３４が設けられている。このフランジ３４は、周方向に突出されたリング状の部分によって構成されており、ボルト止め用の孔が全周に亘って形成されている。なお、下側筒状部材２９の下端部は、灰貯留部２３と接合されて一体化されている。

上側筒状部材３０は、貯留分解部２１と下側筒状部材２９との間に配置されており、その高さは筒状燃焼部２２の１／４程度に定められている。図６に示すように、上側筒状部材３０には、その高さ方向の中央の位置、言い換えれば筒状燃焼部２２における高さ方向の中央よりも上側となる位置に、上側空気導入部２８が設けられている。

上側空気導入部２８は、複数の上側空気導入管３５を有しており、これらの上側空気導入管３５の一端側の部分が上側筒状部材３０に対して放射状に接続されている。本実施形態では、６本の上側空気導入管３５が６０度間隔で取り付けられており、各上側空気導入管３５が内部空間２２Ａと連通されている。このように、各上側空気導入管３５は、上側筒状部材３０の外周側から内部空間２２Ａに連通されているので、上側空気導入管３５の開口は内壁面の近傍に位置される。このため、下側空気導入管３１と同様にタールによる目詰まりが生じ難い。

また、上側空気導入管３５は、途中で下向きに屈曲されており、下端部が大気開放されている。加えて、上側空気導入管３５の下端部には、上側空気量調整弁３６が取り付けられている。この上側空気量調整弁３６は、レバー操作によって弁開度を調整可能な形式のものが用いられている。このため、上側空気量調整弁３６を開くことで、空気（外気）を内部空間２２Ａに導入することができ、上側空気量調整弁３６を閉じることで内部空間２２Ａへの空気の供給を遮断できる。さらに、上側空気量調整弁３６の弁開度を調整することで、内部空間２２Ａへの空気の導入量を調整することができる。

また、上側筒状部材３０における上側空気導入管３５と同じ高さには、上側温度計３７が取り付けられている。この上側温度計３７は、上側空気導入管３５の高さにおける燃焼スペースの温度を測定するためのものであり、本実施形態では４本の上側温度計３７が９０度間隔で放射状に取り付けられている。

さらに、上側筒状部材３０の上端及び下端には、それぞれフランジ３８，３９が設けられている。これらのフランジ３８，３９は、周方向に突出されたリング状の部分によって構成されており、ボルト止め用の孔が全周に亘って形成されている。そして、上側のフランジ２８は貯留分解部２１との接続に用いられ、下側のフランジ３９は下側筒状部材２９との接続に用いられる。

次に、灰貯留部２３について説明する。図４に示すように、灰貯留部２３は、筒状燃焼部２２の下端に接続され、この筒状燃焼部２２から流下した灰を受け入れる部分である。このため、灰貯留部２３は、貯留用空間２３Ａを形成する耐熱性の箱状部材で作製されている。筒状燃焼部２２の下側空気導入部２７を通過すると、灰（酸化されたブリケット）が還元反応を起こし、可燃性成分が生成される。従って、筒状燃焼部２２の内部空間２２Ａにおける下端部分及び灰貯留部２３の内部空間２３Ａは、酸化層で酸化された物質を還元させる還元層として機能する。

可燃性成分を含有する燃料ガスは、灰貯留部２３の上面に突設された排出部４０を通じて排出される。排出された燃料ガスは、前述したように、ガスサイクロン１２やスクラバー１３によって清浄化された後、発電部７での発電に供される。

次に、スクリューコンベア２４について説明する。スクリューコンベア２４は、ガス化後の灰を排出するものであり、灰貯留部２３の下方に設けられている。このスクリューコンベア２４を動作させることで、灰貯留部２３から灰が排出される。スクリューコンベア２４によって灰が排出されると、筒状燃焼部２２の内部空間（燃焼スペース）には、熱分解後のブリケットが灰の排出量に相当する量だけ流下する。このため、スクリューコンベア２４の回転速度は、ブリケットの供給速度を規定しているともいえる。

このように、本実施形態のガス化炉１１では、貯留分解部２１にてブリケットが、筒状燃焼部２２からの熱によって乾燥及び熱分解される。そして、熱分解されたブリケットが筒状燃焼部２２で酸化され、酸化されたブリケットが灰貯留部２３へと移動する過程で還元される。これらの熱分解、酸化反応、及び還元反応を経ることで、可燃性物質が生成され、最終的には燃料ガスとして外部に排出される。

そして、このガス化炉１１では、筒状燃焼部２２における高さ方向の中央よりも下側に下側空気導入部２７を設け、同じく上側に上側空気導入部２８を設けている。これにより、タールが燃焼される酸化層（７００℃以上の温度範囲）を、筒状燃焼部２２の内部空間２２Ａにおける上下方向へ拡張でき、燃料ガスに含まれるタールの量を低減できる。また、下側空気導入部２７と上側空気導入部２８によって空気の導入量を調整できるので、内部空間２２Ａ（酸化層）の温度を最適化できる。

加えて、下側空気導入管３１及び上側空気導入管３６を、内部空間２２Ａの全周方向から接続し、それぞれの導入管３１，３６に設けた空気量調整弁によって空気量を調整可能に構成しているので、酸化層における周方向の燃焼状態を調整できる。これにより、タールを周方向の全体で燃焼させることができ、含有量を低減できる。さらに、調整弁が複数の導入管３１，３６のそれぞれに設けられているので、空気の導入量をきめ細かに調整することができ、タールの燃焼効率を一層高めることができる。その結果、燃料ガスに含まれるタールの量を一層低減させることができる。

以下、このガス化炉１１による燃焼試験（燃料ガスに含まれるタールの確認試験）について説明する。この燃焼試験では、発電部７に送る燃料ガスの量と、スクリューコンベア２４の回転速度と、下側空気量調整弁の弁開度と、上側空気量調整弁３６の弁開度との組み合わせを変えつつブリケットを燃焼させた。そして、下側温度計３３と上側温度計３７による温度測定と、燃料ガスに対する目視によるタールの発生確認と、冷ガス効率の算出とを行った。

ここで、冷ガス効率とは、ブリケット（燃料）の持つ熱量が燃料ガスに変換された比率を意味し、次式（１）に基づいて算出される。そして、冷ガス効率の数値が高いほど、熱回収が良く高効率のガスといえる。

冷ガス効率＝〔ガス流量（Ｎｍ^３／ｈ）×生成ガスの高位発熱量（ＭＪ／Ｎｍ^３）〕／〔原料消費量（Ｋｇ／ｈ）×原料の高位発熱量（ＭＪ／Ｋｇ）〕・・・（１）

また、発電部７に送る燃料ガスの量はブロアー１４によって決定した。本実施形態では、３０ｍ^３，４０ｍ^３，５０ｍ^３の３ケースについて試験を行った。下側空気量調整弁と上側空気量調整弁３６の弁開度については、下側空気量調整弁を全開とし上側空気量調整弁３６を全閉とした第１パターンと、下側空気量調整弁の開度を２０％とし上側空気量調整弁３６を全開とした第２パターンの２ケースについて試験を行った。スクリューコンベア２４については、第１パターンの弁開度に対して周波数２０Ｈｚと１５Ｈｚの２ケースを行い、第２パターンの弁開度に対して周波数１２Ｈｚの１ケースを行った。

図７に燃焼試験の試験結果を示す。この試験結果において、温度欄には「既設」及び「新設」と記載されているが、既設は下側温度計３３での測定結果を示し、新設は上側温度計３７での測定結果を示す。これは、本実施形態のガス化炉１１が、既存のガス化炉に上側筒状部材３０を追加する改造を施して作製されたことによる。すなわち、下側筒状部材２９は既存の部材であり、上側筒状部材３０は新設の部材である。また、温度実績欄には「最大」及び「最小」と記載されているが、最大は測定箇所における最大温度を示し、最小は測定箇所における最小温度を示す。そして、各部の温度データは、ガス化炉１１の運転開始から停止まで２０秒毎に１回の頻度で採取した。

次に、この試験における判断基準について説明する。温度に関し、タールの熱分解温度は一般に７００〜９００℃といわれているが、この試験でガス化炉１１の後段設備への影響やタールの色を見ると、９００℃程度の温度が必要であった。このため、上側温度計３７による測定温度（新設温度）で９００℃以上を◎とした。なお、１０００℃を超えるとガス化炉１１を構成する材質の耐熱温度を超えるため、設備保護の観点から１０００℃を超える可能性のあるケースは×とした。

タールに関し、定量分析（濃度分析）は行わず、定性分析（色）に基づいて判断をした。すなわち、燃料ガスを実際に採取し、その色具合によりタールの影響なし（無色透明）であったものを◎とした。

次に、冷ガス効率について説明する。冷ガス効率は前述の式（１）に基づいて算出した。ここで、一般的な木質バイオマスの冷ガス効率は７０％という知見が得られている。一般的な木質バイオマスとの比較から、冷ガス効率が６０％以上のものを○とした。

試験結果について考察する。タールの発生状況に関しては、弁開度を第１パターン（下側全開，上側全閉）に設定した場合、全てのケースにおいて燃料ガスが濃褐色又は淡褐色となり、相当量のタールを含有していることが確認された。一方、弁開度を第２パターン（下側２０％，上側全開）に設定した場合、全てのケースにおいて燃料ガスが無色透明となり、タールが十分に除去されていることが確認された。なお、各ケースの燃料ガスは、いずれも無色透明であったが、その中でもガス流量を４０ｍ^３，５０ｍ^３に設定した２つのケースについて透明度が高かった。

タールの発生状況と燃焼炉の温度とを対応付けて検討すると、タールの発生が確認されたケース、詳しくは弁開度を第１パターンとするとともにスクリューコンベア２４の周波数を２０Ｈｚとし、ガス流量を３０ｍ^３，４０ｍ^３，５０ｍ^３と変化させた３つのケースにおいて、上側温度（新設温度）の最大値は何れも１００℃以下と低温であった。これに対し、下側温度（既設温度）の最大値は何れも６７０℃以上であった。

特に、ガス流量４０ｍ^３，５０ｍ^３の２つのケースでは約７６０℃及び約８５０℃であり、何れもタールの燃焼に十分な温度を示していた。それにも拘わらずタールの発生が確認された理由としては、高温の温度範囲が狭かったため、タールが十分に燃焼されなかったことが考えられる。

一方、タールが十分除去されたケース、詳しくは弁開度を第２パターンとするとともにスクリューコンベア２４の周波数を１２Ｈｚとし、ガス流量を３０ｍ^３，４０ｍ^３，５０ｍ^３と変化させた３つのケースにおいて、上側温度の最大値は何れも３６０℃以上であり、下側温度の最大値は何れも６８０℃以上であった。

これらの結果より、燃料ガス中のタールを抑制するためには、下側空気量調整弁と上側空気量調整弁３６をともに開放し、上側温度を３６０℃以上、下側温度を６８０℃以上にすればよいといえる。そして、ガスサイクロン１２やスクラバー１３といった後段設備の動作や燃焼ガスの透明度の高さを考慮すると、上側温度を９００℃以上、下側温度を６８０℃以上にすることが好ましいといえる。なお、筒状燃焼部２２の素材を考慮すると、１０００℃以上の高温を長時間に亘って維持することは、耐久性の面から好ましくない。この点も考慮すると、上側温度を９００℃以上９５０℃以下の範囲に定めることが好ましいといえる。

従って、今回の燃焼試験では、弁開度を第２パターンとするとともにスクリューコンベア２４の周波数を１２Ｈｚとし、ガス流量を４０ｍ^３に定めたケースが最も好ましいといえる。

冷ガス効率に関し、ガス流量を３０ｍ^３に定めたケースでは６０％以下となり、基準を満たさなかった。一方、ガス流量を４０ｍ^３，５０ｍ^３に定めたケースでは６０％〜７０％となり、木質バイオマスの一般的な冷ガス効率と遜色ない結果となった。以上より、冷ガス効率に関しては、ガス流量を所定値以上（本実施形態では４０ｍ^３以上）に定めることで必要な冷ガス効率を得られることが確認できた。

ここで、タールの発生が抑制できた理由について検討すると、本実施形態のガス化炉１１では、内部空間２２Ａ（燃焼スペース）を上下方向に長い縦長形状に形成し、この内部空間２２Ａにおける高さ方向中央よりも下側の位置に、外周側から内部空間へ空気を導入する下側空気導入部２７を設け、内部空間２２Ａにおける高さ方向中央よりも上側の位置に、外周側から内部空間２２Ａへ空気を導入する上側空気導入部２８を設けている。

このように、下側空気導入部２７と上側空気導入部２８のそれぞれから内部空間２２Ａへ空気を供給しているので、内部空間２２Ａにおける高温の範囲が上下方向に拡張され、タールの発生を抑制しつつ燃料ガスを生成できたと考えられる。

そして、本実施形態のガス化炉１１では、下側空気導入部２７と上側空気導入部２８のそれぞれが、内部空間２２Ａの外周側から空気を供給していることから、内部空間２２Ａの内壁面の近傍に各空気導入部２７，２８が有する導入管３１，３５の開口が位置される。このため、タールの付着に起因する目詰まりの発生を抑制でき、各空気導入部２７，２８からの空気供給の確実性を高めることができる。

また、下側空気導入部２７及び上側空気導入部２８に関し、一端が大気開放され、他端が前記燃焼スペースへ連通された空気導入管３１，３５と、各空気導入管３１，３５に設けられて、弁開度が調整可能な空気量調整弁とを有しているので、各空気量調整弁に対する操作によって燃料やタールの燃焼状態を容易に調整できる。

そして、各空気導入管３１，３５は、ガス化炉１１の内部空間に対して放射状に複数設けられ、各空気量調整弁は、各空気導入管３１，３５のそれぞれに設けられているので、燃焼スペースに対して複数箇所から空気を導入でき、内部空間２２Ａの燃料やタールをくまなく燃焼させることができる。

以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。

燃料に関し、前述の実施形態では、搾油後の種子を原料とするブリケットを例示したが、これに限定されない。例えば、木の破砕片、おが屑、古紙といった木質バイオマスを燃料として用いることができる。

燃料を燃焼させて燃料ガスを生成させる際の条件に関し、前述の燃焼試験では、ガス流量について３パターン、弁開度について２パターン、及び、スクリューコンベア２４の周波数について３パターンを設定したが、これらのパターン限定されるものではない。要するに燃焼温度が適性範囲に維持できればよい。

筒状燃焼部２２に関し、前述の実施形態では、下側筒状部材２９と上側筒状部材３０とに分割されたものを例示したが、一体に作製されたものであってもよい。この場合においても、下側空気導入部２７は、内部空間２２Ａの高さ方向中央よりも下側に空気を導入し、上側空気導入部２８は、内部空間２２Ａの高さ方向中央よりも上側に空気を導入すればよい。

スクリューコンベア２４に関し、ベルト式のコンベアなどの他の排出装置に代替させてもよい。

１…乾燥部，２…搾油部，３…ブリケット部，４…脱リン処理部，５…濾過部，６…ガス化部，７…発電部，１１…ガス化炉，１２…ガスサイクロン，１３…スクラバー，１４…ブロアー，２１…貯留分解部，２１Ａ…貯留分解部の内部空間，２２…筒状燃焼部，２２Ａ…筒状燃焼部の内部空間，２３…灰貯留部，２３Ａ…貯留用空間，２４…スクリューコンベア，２５…フランジ，２６…上部カバー，２７…下側空気導入部，２８…上側空気導入部，２９…下側筒状部材，３０…上側筒状部材，３１…下側空気導入管，３３…下側温度計，３４…下側筒状部材の上端側のフランジ，３５…上側空気導入管，３６…上側空気量調整弁，３７…上側温度計，３８…上側筒状部材の上端側のフランジ，３９…上側筒状部材の下端側のフランジ，４０…排出部

Claims (8)

1. 油分を含む燃料を燃焼スペースに供給し、空気量を制限しつつ加熱することで、熱分解によって生成されたタールを酸化層で燃焼させ、可燃性の燃料ガスを生成するガス化炉であって、
   前記燃焼スペースは、上下方向に長い縦長形状に形成され、
   前記燃焼スペースにおける高さ方向中央よりも下側の位置に外周側から空気を導入する下側空気導入部と、
   前記燃焼スペースにおける高さ方向中央よりも上側の位置に外周側から空気を導入する上側空気導入部とを設けたことを特徴とするガス化炉。
2. 前記上側空気導入部は、
   一端が大気開放され、他端が前記燃焼スペースへ連通された上側空気導入管と、
   前記上側空気導入管に設けられて、弁開度が調整可能な上側空気量調整弁とを有することを特徴とする請求項１に記載のガス化炉。
3. 前記上側空気導入管は、前記燃焼スペースに対して放射状に複数設けられ、
   前記上側空気量調整弁は、複数の前記上側空気導入管のそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項２に記載のガス化炉。
4. 前記下側空気導入部は、
   一端が大気開放され、他端が前記燃焼スペースへ連通された下側空気導入管と、
   前記下側空気導入管に設けられて、弁開度が調整可能な下側空気量調整弁とを有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のガス化炉。
5. 前記下側空気導入管は、前記燃焼スペースに対して放射状に複数設けられ、
   前記下側空気量調整弁は、複数の前記下側空気導入管のそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項４に記載のガス化炉。
6. 前記燃焼スペースは、
   前記下側空気導入部が設けられ、前記燃焼スペースの一部を形成する下側筒状部材と、
   前記上側空気導入部が設けられるとともに前記燃焼スペースの他の一部を形成し、かつ、前記下側筒状部材の上部に取り付け可能に構成された上側筒状部材とによって、構成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のガス化炉。
7. 前記燃料は、木質バイオマスであることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のガス化炉。
8. 上下方向に長い縦長形状に形成された燃焼スペースと、
   前記燃焼スペースにおける高さ方向中央よりも下側の位置に外周側から空気を導入する下側空気導入部と、
   前記燃焼スペースにおける高さ方向中央よりも上側の位置に外周側から空気を導入する上側空気導入部とを有し、
   油分を含む燃料を前記燃焼スペースに供給し、空気量を制限しつつ加熱することで、熱分解によって生成されたタールを酸化層で燃焼させ、可燃性の燃料ガスを生成するガス化炉の制御方法であって、
   前記上側空気導入部から導入される空気の量を調整することで、前記下側空気導入部から前記上側空気導入部までの範囲に対応する前記酸化層の温度を、タールの燃焼温度以上に定めることを特徴とするガス化炉の制御方法。

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