JP2016186286A - Biogas power generation facility - Google Patents

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達央 斎藤
Tatsuhisa Saito
達央 斎藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biogas power generation facility which is not subject to limitations on power generation output caused by composition variations of a biogas without using fuels other than the biogas.SOLUTION: A biogas power generation facility includes: a fermentation tank 2; a power generator 3; a main path L1 which supplies a biogas from the fermentation tank 2 to the power generator 3; and a sub path L2 which is branched from the main path L1, takes out part of the biogas from the main path L1, is joined to the main path L1, and returns the concentrated biogas to the main path L1; and a concentrator 4 which is provided at the sub path L2 and concentrates components in the biogas.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、バイオガス発電設備に関する。   The present invention relates to a biogas power generation facility.

近年、化石燃料の燃焼によって発生する二酸化炭素が地球温暖化の要因の一つとして問題となっており、また、これに関連してエネルギー問題が重要視されつつある。そこで、下水汚泥や屎尿、畜糞、農業廃棄物、食品廃棄物等の有機性廃棄物を嫌気性菌により発酵させた際に発生する消化ガス(以下、「バイオガス」という)を発電用ガスタービン駆動用ガスに高度利用するバイオガス発電設備が注目されている。   In recent years, carbon dioxide generated by the combustion of fossil fuels has become a problem as one of the causes of global warming, and energy problems are being emphasized in connection with this. Therefore, digestion gas (hereinafter referred to as “biogas”) generated when fermenting organic waste such as sewage sludge, manure, livestock dung, agricultural waste, and food waste with anaerobic bacteria is referred to as a gas turbine for power generation. Biogas power generation equipment that is highly utilized for driving gas is attracting attention.

ところで、典型的なバイオガスは、60体積%のメタンと、40体積%の二酸化炭素とを主成分とし、さらに窒素や酸素、硫化水素、水蒸気などをそれぞれ微量に含んでいる。しかしながら、所定以外の廃棄物の投入、発酵槽の温度管理のトラブル、廃棄物の投入頻度や季節による廃棄物の温度の違いなどにより、バイオガスの発生量及び組成は日常的に変動するという問題があった。   By the way, typical biogas contains 60 volume% methane and 40 volume% carbon dioxide as main components, and further contains a small amount of nitrogen, oxygen, hydrogen sulfide, water vapor, and the like. However, the amount of biogas generated and its composition fluctuate on a daily basis due to the input of waste other than the prescribed, troubles in temperature control of the fermenter, the frequency of waste input and the temperature of the waste depending on the season, etc. was there.

すなわち、従来のバイオガス発電設備では、バイオガスの日常的な組成変動によって発電装置の運転が不安定となるため、発電出力に制約が生じるという課題があった。   That is, in the conventional biogas power generation equipment, since the operation of the power generation apparatus becomes unstable due to daily composition variation of the biogas, there is a problem that the power generation output is restricted.

このような課題を解決する方法としては、例えば、特許文献1が知られている。この特許文献1には、バイオガスを燃料とするガスタービン発電装置として、発電出力を安定させるために、燃料となるバイオガスに高カロリーの燃料(液化天然ガス、液化石油ガス、灯油、あるいは重油等)を補助的に供給するバイオガス発電設備の構成が開示されている。   For example, Patent Document 1 is known as a method for solving such a problem. In Patent Document 1, as a gas turbine power generation apparatus using biogas as fuel, a high-calorie fuel (liquefied natural gas, liquefied petroleum gas, kerosene, or heavy oil) is used as a biogas as a fuel in order to stabilize the power generation output. Etc.) is disclosed.

特開2003−065084号公報JP 2003-065084 A

しかしながら、特許文献1に記載のバイオバス発電設備では、バイオガス以外に化石燃料の使用を必要とするため、環境に負荷の低減が不十分であるという課題があった。   However, the biobus power generation facility described in Patent Document 1 requires the use of fossil fuel in addition to biogas, and thus has a problem that the reduction of the load is insufficient for the environment.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、バイオガス以外の他の燃料を使用することなく、バイオガスの組成変動による発電出力の制約を受けないバイオガス発電設備を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a biogas power generation facility that is not subject to restrictions on power generation output due to variations in the composition of biogas without using fuel other than biogas. Let it be an issue.

かかる課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
すなわち、請求項1に係る発明は、バイオガスを発生させる発酵槽と、前記バイオガスを燃料として発電を行う発電機と、前記発酵槽から前記発電機に前記バイオガスを供給する主経路と、前記主経路から分岐し、前記主経路から前記バイオガスの一部を分取するとともに、前記主経路に合流し、濃縮された当該バイオガスを前記主経路に返送する副経路と、前記副経路に設けられた、前記バイオガス中の成分を濃縮する濃縮装置と、を備える、バイオガス発電設備である。
In order to solve this problem, the present invention has the following configuration.
That is, the invention according to claim 1 is a fermenter that generates biogas, a generator that generates power using the biogas as fuel, a main path that supplies the biogas from the fermenter to the generator, A sub-route for branching from the main route, separating a part of the biogas from the main route, joining the main route, and returning the concentrated biogas to the main route; and the sub-route And a concentrating device for concentrating the components in the biogas.

請求項2に係る発明は、前記主経路に設けられた濃度測定手段をさらに備える、請求項1に記載のバイオガス発電設備である。   The invention according to claim 2 is the biogas power generation facility according to claim 1, further comprising concentration measuring means provided in the main path.

請求項3に係る発明は、前記主経路の、前記副経路との分岐点と前記副経路との合流点との間に設けられた第1流量調節手段と、前記副経路の、前記濃縮装置の二次側に設けられた第2流量調節手段と、をさらに備える、請求項1又は2に記載のバイオガス発電設備である。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the first flow rate adjusting means provided between a branch point of the main route with the sub route and a junction of the sub route, and the concentrating device of the sub route. The biogas power generation facility according to claim 1, further comprising: a second flow rate adjusting unit provided on the secondary side of the first gas flow rate adjusting unit.

請求項4に係る発明は、前記濃度測定手段と、前記濃縮装置と、前記第1流量調節手段と、前記第2流量調節手段と、電気信号を送受信する電気通信経路によって結ばれるバイオガス濃度制御手段を備える、請求項3に記載のバイオガス発電設備である。   The invention according to claim 4 is the biogas concentration control connected by the concentration measuring means, the concentrating device, the first flow rate adjusting means, the second flow rate adjusting means, and an electric communication path for transmitting and receiving electrical signals. It is a biogas power generation equipment of Claim 3 provided with a means.

請求項5に係る発明は、前記主経路の、前記分岐点と前記第1流量調節手段との間に設けられた第1圧縮機と、前記副経路の、前記濃縮装置の一次側に設けられた第2圧縮機と、をさらに備える、請求項3又は4に記載のバイオガス発電設備である。   The invention according to claim 5 is provided on a primary side of the concentrator of the first compressor provided in the main path between the branch point and the first flow rate adjusting means, and the sub path. The biogas power generation facility according to claim 3, further comprising a second compressor.

請求項6に係る発明は、前記合流点に混合手段が設けられている、請求項3乃至5のいずれか一項に記載のバイオガス発電設備である。   The invention according to claim 6 is the biogas power generation facility according to any one of claims 3 to 5, wherein a mixing means is provided at the junction.

請求項7に係る発明は、前記主経路の、前記発電機の一次側に、バッファータンクが設けられている、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のバイオガス発電設備である。   The invention according to claim 7 is the biogas power generation facility according to any one of claims 1 to 6, wherein a buffer tank is provided on a primary side of the generator in the main path.

請求項8に係る発明は、前記濃縮装置が、圧力変動吸着方式、膜分離方式、高圧水吸収方式、及びアミン吸収方式のうち、いずれか一つである、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のバイオガス発電設備である。   The invention according to claim 8 is any one of claims 1 to 7, wherein the concentrator is one of a pressure fluctuation adsorption method, a membrane separation method, a high-pressure water absorption method, and an amine absorption method. The biogas power generation facility according to item.

本発明のバイオガス発電設備は、発酵槽から発電機にバイオガスを供給する主経路から分岐する副経路に濃縮装置が設けられており、濃縮されたバイオガスを副経路から主経路に返送する構成となっているため、バイオガス以外の他の燃料を使用することなく、バイオガスの組成変動による発電出力の制約を受けることがない。したがって、バイオガス発電設備を安定して運転することができる。   The biogas power generation facility of the present invention is provided with a concentrating device in a sub route branched from a main route for supplying biogas from a fermenter to a generator, and returns the concentrated biogas from the sub route to the main route. Since it is configured, there is no restriction on the power generation output due to the composition variation of the biogas without using any fuel other than the biogas. Therefore, the biogas power generation facility can be stably operated.

本発明を適用した一実施形態であるバイオガス発電設備を示す系統図である。1 is a system diagram showing a biogas power generation facility that is an embodiment to which the present invention is applied.

以下、本発明を適用した一実施形態であるバイオガス発電設備について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。   Hereinafter, a biogas power generation facility which is an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.

先ず、本発明を適用した一実施形態であるバイオガス発電設備の構成について説明する。
図1は、本発明を適用した一実施形態であるバイオガス発電を示す系統図である。図1に示すように、本実施形態のバイオガス発電設備1は、発酵槽2と、発電機3と、発酵槽2から発電機3にバイオガスを供給する主経路L1と、主経路L1の分岐点Pから分岐するとともに主経路L1に合流点Pで合流する副経路L2と、副経路L2に設けられた濃縮装置4と、を備えて概略構成されている。このバイオガス発電設備1は、発酵槽2で発生したバイオガスを発電機3へ供給して発電を行う設備である。
First, the structure of the biogas power generation equipment which is one embodiment to which the present invention is applied will be described.
FIG. 1 is a system diagram showing biogas power generation as an embodiment to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the biogas power generation facility 1 of the present embodiment includes a fermenter 2, a generator 3, a main path L1 for supplying biogas from the fermenter 2 to the generator 3, and a main path L1. a pathway L2 merging at the merging point P 2 in the main path L1 while branched from the branch point P 1, is schematically configured to include a concentrator 4 provided in the sub path L2, the. The biogas power generation facility 1 is a facility for generating power by supplying the biogas generated in the fermenter 2 to the generator 3.

発酵槽2は、バイオガスを発生させるための設備である。具体的には、例えば、下水汚泥、食品廃棄物、及び家畜糞尿などを嫌気性発酵することでバイオガスが発生する。この発酵槽2では、所定以外の廃棄物の投入、発酵槽の温度変化、又は発酵槽周辺の気温変動等により、バイオガスの発生量及び組成は変化するのが一般的である。ここで、バイオガスの組成は、一般的にメタンガス(CH)濃度が60体積%程度であり、二酸化炭素(CO)濃度が40体積%程度である。 The fermenter 2 is a facility for generating biogas. Specifically, for example, biogas is generated by anaerobic fermentation of sewage sludge, food waste, livestock manure, and the like. In this fermenter 2, the amount and composition of biogas generated are generally changed by the input of waste other than a predetermined amount, the temperature change of the fermenter, or the temperature fluctuation around the fermenter. Here, the composition of the biogas generally has a methane gas (CH 4 ) concentration of about 60% by volume and a carbon dioxide (CO 2 ) concentration of about 40% by volume.

発電機3は、バイオガスを燃料として発電を行う設備である。この発電機3は、具体的には、例えば、図示略の圧縮機、燃焼器、ガスタービン及び発電機等から構成されている。   The generator 3 is a facility that generates power using biogas as fuel. Specifically, the generator 3 includes, for example, an unillustrated compressor, combustor, gas turbine, and generator.

主経路L1は、発酵槽2から発電機3にバイオガスを供給するために、発酵槽2と発電機3との間に設けられたバイオガスの供給管である。また、主経路L1は、分岐点Pにおいて副経路L2と分岐するとともに、上記分岐点Pの二次側の合流点Pにおいて再び副経路L2と合流する。この主経路L1には、一次側(すなわち、発酵槽2側)から順に、濃度計(濃度測定手段)5と、主経路圧縮機(第1圧縮機)6と、主経路流量調節弁(第1流量調節手段)7と、混合設備(混合手段)8と、バッファータンク9と、混合ガス流量調節弁10と、が設けられている。 The main path L <b> 1 is a biogas supply pipe provided between the fermenter 2 and the power generator 3 in order to supply biogas from the fermenter 2 to the power generator 3. The main path L1, along branches pathway L2 at the branch point P 1, rejoin the alternative pathway L2 at the confluence P 2 on the secondary side of the branch point P 1. The main path L1 includes, in order from the primary side (that is, the fermenter 2 side), a densitometer (concentration measuring means) 5, a main path compressor (first compressor) 6, and a main path flow control valve (first). 1 flow rate adjusting means) 7, mixing equipment (mixing means) 8, buffer tank 9, and mixed gas flow rate adjusting valve 10 are provided.

濃度計5は、バイオガスの組成(すなわち、上述したメタンガス濃度及び二酸化炭素濃度)を計測するために、分岐点Pの一次側に設けられている。濃度計5は、バイオガスの組成を測定できる機能を有していれば、特に限定されるものではない。このような濃度計としては、具体的には、例えば、赤外線吸収法、ガスクロマトグラフ法等が挙げられる。 The concentration meter 5 is provided on the primary side of the branch point P 1 in order to measure the composition of biogas (that is, the above-described methane gas concentration and carbon dioxide concentration). The densitometer 5 is not particularly limited as long as it has a function capable of measuring the composition of biogas. Specific examples of such a concentration meter include an infrared absorption method and a gas chromatograph method.

主経路圧縮機6は、発酵槽2から供給されるバイオガスを昇圧するために、分岐点Pの二次側に設けられている。主経路圧縮機6としては、気体を圧送できる圧縮機であれば、特に限定されるものではない。このような圧縮機としては、具体的には、例えば、ロータの回転運動、又はピストンの往復運動により気体を圧縮するもので、コンプレッサーやロータリーポンプ等を用いることができる。 The main path compressor 6 is provided on the secondary side of the branch point P 1 in order to increase the pressure of the biogas supplied from the fermenter 2. The main path compressor 6 is not particularly limited as long as the compressor can pump gas. As such a compressor, specifically, for example, a compressor that compresses gas by a rotary motion of a rotor or a reciprocating motion of a piston, a compressor, a rotary pump, or the like can be used.

一般的に、発酵槽2で発生したバイオガスは、低圧(例えば、0.002MPaG(ゲージ圧、以下同じ)程度)であるため、発電機3に直接供給することができない。そこで、主経路L1に主経路圧縮機6を設け、例えば、0.01MPaG程度にまで昇圧した後に発電機3に供給する。   In general, the biogas generated in the fermenter 2 is low pressure (for example, about 0.002 MPaG (gauge pressure, the same applies hereinafter)) and cannot be directly supplied to the generator 3. Therefore, the main path compressor 6 is provided in the main path L1, and is supplied to the generator 3 after being boosted to about 0.01 MPaG, for example.

主経路流量調節弁7は、主経路圧縮機6によって昇圧されたバイオガスを所定流量で発電機3に供給するために、主経路L1の主経路圧縮機6と合流点Pとの間に設けられている。主経路流量調節弁7としては、主経路圧縮機6によって昇圧されたバイオガスの流量を制御する機能を有するものであれば、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、マスフローコントローラーやニードルバルブ等を使用することができる。 Main path flow control valve 7, the biogas boosted by the main path compressor 6 for feeding to the generator 3 at a predetermined flow rate, between the main route compressor 6 of the main path L1 and the confluence P 2 Is provided. The main path flow rate adjusting valve 7 is not particularly limited as long as it has a function of controlling the flow rate of the biogas boosted by the main path compressor 6. Specifically, for example, a mass flow controller or a needle valve can be used.

この主経路流量調節弁7を主経路圧縮機6の二次側に設けて、主経路L1から供給されるバイオガスの流量を所定流量に制御することにより、後段の混合設備8に効率よくバイオガスを供給することができる。   By providing this main path flow rate adjusting valve 7 on the secondary side of the main path compressor 6 and controlling the flow rate of the biogas supplied from the main path L1 to a predetermined flow rate, the mixing equipment 8 in the subsequent stage is efficiently biotreated. Gas can be supplied.

副経路L2は、分岐点Pにおいて主経路L1から分岐し、主経路L1からバイオガスの一部を分取するとともに、合流点Pにおいて主経路L1に合流し、濃縮されたバイオガス(以下、「濃縮ガス」ということがある)を主経路L1に返送するための供給管である。この副経路L2には、一次側(すなわち、分岐点P側)から順に、副経路圧縮機(第2圧縮機)11と、濃縮装置4と、副経路流量調節弁(第2流量調節手段)12と、を備えている。 Pathway L2 is branched from the main path L1 at a branch point P 1, the main path L1 while preparative portion of biogas min, joins the main path L1 at the confluence P 2, concentrated biogas ( Hereinafter, it is a supply pipe for returning the concentrated gas) to the main path L1. This sub path L2, the primary side (i.e., the branch point P 1 side) in order from the alternative pathway compressor (the second compressor) 11, a concentrator 4, the sub path flow rate control valve (second flow rate control means ) 12.

副経路圧縮機11は、主経路L1から分取したバイオガスを昇圧するために、分岐点Pの二次側に設けられている。副経路圧縮機11としては、気体を圧送できる圧縮機であれば、特に限定されるものではない。このような圧縮機としては、上述した主経路圧縮機6と同じものを用いることができる。 The sub path compressor 11 is provided on the secondary side of the branch point P 1 in order to increase the pressure of the biogas fractionated from the main path L1. The sub-path compressor 11 is not particularly limited as long as it is a compressor that can pump gas. As such a compressor, the same thing as the main path compressor 6 mentioned above can be used.

この副経路圧縮機11により、副経路L2内のバイオガスの圧力を、例えば、0.1MPaG程度にまで昇圧することができる。
また、主経路L1と副経路L2とに、それぞれ圧縮機6,11を設けることにより、分岐した経路内のバイオガスの圧力を独立して制御することができる。
The sub path compressor 11 can increase the pressure of the biogas in the sub path L2 to, for example, about 0.1 MPaG.
Further, by providing the compressors 6 and 11 in the main route L1 and the sub route L2, respectively, the pressure of the biogas in the branched route can be controlled independently.

濃縮装置4は、副経路圧縮機11によって昇圧されたバイオガス中の成分を濃縮するための設備である。濃縮装置4としては、バイオガス中の二酸化炭素成分を除去することにより、メタンガス(CH)濃度を濃縮することができるものであれば、特に限定されるものではない。バイオガス中の二酸化炭素を除去可能な設備としては、具体的には、例えば、圧力変動吸着方式、膜分離方式、高圧水吸収方式、及びアミン吸収方式の濃縮設備を用いることができる。 The concentrator 4 is equipment for concentrating components in the biogas that has been pressurized by the sub-path compressor 11. The concentration device 4 is not particularly limited as long as it can concentrate the methane gas (CH 4 ) concentration by removing the carbon dioxide component in the biogas. Specifically, as equipment capable of removing carbon dioxide in biogas, for example, pressure fluctuation adsorption system, membrane separation system, high pressure water absorption system, and amine absorption system concentration equipment can be used.

この濃縮装置4によれば、メタンガス(CH)濃度が、例えば、90〜98体積%程度であり、二酸化炭素(CO)濃度が、例えば、2〜10体積%程度の組成を有する濃縮ガスを生成し、二次側に供給することができる。 According to the concentrating device 4, the methane gas (CH 4 ) concentration is, for example, about 90 to 98% by volume, and the carbon dioxide (CO 2 ) concentration is, for example, about 2 to 10% by volume. Can be generated and fed to the secondary side.

副経路流量調節弁12は、濃縮装置4によって濃縮されたバイオガス(すなわち、濃縮ガス)を所定流量で混合設備8に供給するために、合流点Pの一次側に設けられている。副経路流量調節弁12としては、主経路流量調節弁7と同様のものを用いることができる。この副経路流量調節弁12を濃縮装置4の二次側に設けて、濃縮ガスの流量を所定流量に制御することにより、後段の混合設備8に効率よく濃縮ガスを供給することができる。 Pathway flow control valve 12, the biogas is concentrated by concentrator 4 (i.e., enriched gas) to be supplied to the mixing equipment 8 at a predetermined flow rate, it is provided on the primary side of the merging point P 2. As the auxiliary path flow rate adjustment valve 12, the same one as the main path flow rate adjustment valve 7 can be used. By providing this sub-path flow rate adjusting valve 12 on the secondary side of the concentrating device 4 and controlling the flow rate of the concentrated gas to a predetermined flow rate, the concentrated gas can be efficiently supplied to the subsequent mixing equipment 8.

混合設備8は、主経路L1からのバイオガスと、副経路L2からの濃縮ガスとを混合するために、主経路L1と副経路L2との合流点Pに設けられた設備である。混合設備8としては、成分の異なる気体同士を混合できるものであれば、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、スタティックミキサー等を用いることができる。 Mixing equipment 8, the biogas from the main route L1, in order to mix the concentrated gas from the sub path L2, which is provided with a main path L1 to the converging point P 2 of the alternative pathway L2 facilities. The mixing facility 8 is not particularly limited as long as it can mix gases having different components. Specifically, for example, a static mixer or the like can be used.

この混合設備8により、主経路L1から供給されるバイオガスの成分が変動した場合であっても、副経路L2から供給される濃縮ガスを適宜混合して組成を調整することができるため、燃焼(運転)に適した組成に混合したバイオガス(以下、「混合ガス」ということもある)を安定して発電機3に供給することができる。   Even if the components of the biogas supplied from the main path L1 fluctuate due to the mixing equipment 8, the composition can be adjusted by appropriately mixing the concentrated gas supplied from the subpath L2, so that the combustion Biogas mixed in a composition suitable for (operation) (hereinafter sometimes referred to as “mixed gas”) can be stably supplied to the generator 3.

バッファータンク9は、混合設備8から供給された混合ガスを一時的に貯留するために、混合設備8の2次側であって発電機3の一次側に設けられた貯留設備である。このバッファータンク9としては、気体を貯留することができる設備であれば、特に限定されるものではない。また、バッファータンク9の容量は、特に限定されるものではなく、バイオガス発電設備1の規模や、発電機3の出力等に応じて適宜選択することができる。   The buffer tank 9 is a storage facility provided on the secondary side of the mixing facility 8 and on the primary side of the generator 3 in order to temporarily store the mixed gas supplied from the mixing facility 8. The buffer tank 9 is not particularly limited as long as it is a facility capable of storing gas. The capacity of the buffer tank 9 is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the scale of the biogas power generation facility 1, the output of the generator 3, and the like.

主経路L1にバッファータンク9を設けることにより、混合設備8によって所定の組成に調整された混合ガスを一定量貯留することができるため、発酵槽2内で発生したバイオガスの発生量及び組成が変動した場合であっても、所定の組成の混合ガスを安定的に発電機3に供給することができる。   By providing the buffer tank 9 in the main path L1, a certain amount of the mixed gas adjusted to a predetermined composition by the mixing facility 8 can be stored, so that the amount and composition of biogas generated in the fermenter 2 are Even if it fluctuates, a mixed gas having a predetermined composition can be stably supplied to the generator 3.

混合ガス流量調節弁10は、発電機3に供給する燃料ガス、すなわち、成分調整された混合ガスの供給量を制御するため、発電機3の一次側に設けられている。この混合ガス流量調節弁10としては、特に限定されるものではなく、上述した主経路流量調節弁7と同様のものを用いることができる。   The mixed gas flow rate adjusting valve 10 is provided on the primary side of the generator 3 in order to control the supply amount of the fuel gas supplied to the generator 3, that is, the mixed gas whose components are adjusted. The mixed gas flow rate control valve 10 is not particularly limited, and the same gas flow rate control valve 7 as described above can be used.

本実施形態のバイオガス発電設備1は、濃度制御部(バイオガス濃度制御手段)13を備えている。この濃度制御部13は、コンピュータ(CPU)、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)等から構成されており、上述した濃縮装置4、濃度計5、主経路流量調節弁7及び副経路流量調節弁12と、電気信号を送受信する有線方式又は無線方式の電気通信回線によって電気的に接続されている。   The biogas power generation facility 1 of this embodiment includes a concentration control unit (biogas concentration control means) 13. The concentration control unit 13 includes a computer (CPU), a programmable logic controller (PLC), and the like. The concentration device 4, the concentration meter 5, the main path flow rate adjustment valve 7, and the auxiliary path flow rate adjustment valve 12 described above, They are electrically connected by a wired or wireless telecommunication line that transmits and receives electrical signals.

この濃度制御部13では、発酵槽2内で発生したバイオガスの濃度を、濃度計5の測定値として取得することができる。また、濃度制御部13では、濃縮装置4によって生成された濃縮ガスの組成値を取得することができる。これにより、濃度制御部13によれば、バイオガスの濃度の測定値と濃縮ガスの組成値とを用い、内部に記録された制御プログラムに従って、上述した発電機3内に供給する燃料ガスの組成を最適化するための、バイオガスと濃縮ガスとの混合割合を算出することができる。さらに、濃度制御部13では、上記算出結果に基づき、主経路流量調節弁7及び副経路流量調節弁12に開度や開放時間等の制御信号を送信することができる。   In the concentration control unit 13, the concentration of biogas generated in the fermenter 2 can be acquired as a measurement value of the concentration meter 5. Further, the concentration control unit 13 can acquire the composition value of the concentrated gas generated by the concentrating device 4. Thereby, according to the concentration control part 13, the composition of the fuel gas supplied into the generator 3 mentioned above according to the control program recorded inside using the measured value of the concentration of biogas and the composition value of the concentrated gas. It is possible to calculate the mixing ratio of the biogas and the concentrated gas for optimizing the ratio. Furthermore, the concentration control unit 13 can transmit control signals such as an opening degree and an opening time to the main path flow rate control valve 7 and the sub path flow rate control valve 12 based on the calculation result.

すなわち、本実施形態のバイオガス発電設備1によれば、濃度制御部13が、濃縮装置4、濃度計5、主経路流量調節弁7及び副経路流量調節弁12と電気的に接続された構成を用いて、発酵槽2内で発生したバイオガスの濃度をリアルタイムに測定しながら、主経路流量調節弁7及び副経路流量調節弁12の制御を行うことで、バイオガスの成分が変動した場合であっても、所要の組成の混合ガスを自動的に安定して発電機3に供給することができる。   That is, according to the biogas power generation facility 1 of the present embodiment, the concentration controller 13 is electrically connected to the concentrator 4, the concentration meter 5, the main path flow rate adjustment valve 7, and the sub path flow rate adjustment valve 12. When the components of the biogas fluctuate by controlling the main flow rate control valve 7 and the sub route flow control valve 12 while measuring the concentration of the biogas generated in the fermenter 2 in real time using Even so, the mixed gas having the required composition can be automatically and stably supplied to the generator 3.

次に、本実施形態のバイオガス発電設備1の運転方法について説明する。
ここで、発酵槽2内で発生するバイオガス中のメタンガス(CH)濃度が所定濃度の範囲内(例えば、55体積%以上)である場合、先ず、主経路L1では、濃度計5によってバイオガス中のメタンガス濃度を測定する。濃度計5によるメタンガス濃度の測定値が、例えば、55体積%以上であれば、主経路圧縮機6によってバイオガスを圧送し、主経路流量調節弁7によってバイオガスの流量を調整する。その後、ガス混合設備8、バッファータンク9及び混合ガス流量調節弁10を介して発電機3に燃料ガス(すなわち、未調整のバイオガス)が供給される。なお、この場合、副経路L2は起動しない。
Next, the operation method of the biogas power generation facility 1 of the present embodiment will be described.
Here, when the concentration of methane gas (CH 4 ) in the biogas generated in the fermenter 2 is within a predetermined concentration range (for example, 55% by volume or more), first, in the main path L1, the biometer is operated by the concentration meter 5. Measure the methane gas concentration in the gas. If the measured value of the methane gas concentration by the densitometer 5 is, for example, 55% by volume or more, the biogas is pumped by the main path compressor 6 and the biogas flow rate is adjusted by the main path flow rate control valve 7. Thereafter, fuel gas (that is, unadjusted biogas) is supplied to the generator 3 via the gas mixing facility 8, the buffer tank 9, and the mixed gas flow rate control valve 10. In this case, the sub route L2 is not activated.

これに対して、発酵槽2内で発生するバイオガス中のメタンガス(CH)濃度が所定濃度の範囲外(例えば、55体積%未満)である場合、先ず、濃度計5によって発酵槽2内で発生するバイオガスの濃度変動の経時変化を確認する。このとき、上記経時変化から、バイオガスの濃度が所定濃度未満となることを濃度制御部13が予想した場合、濃度計5の実際の測定値が所定濃度に到達する前に副経路圧縮機11及び濃縮装置4を起動する。 On the other hand, when the concentration of methane gas (CH 4 ) in the biogas generated in the fermenter 2 is outside the range of the predetermined concentration (for example, less than 55% by volume), first, the densitometer 5 To confirm the change with time of concentration fluctuation of biogas generated in At this time, when the concentration control unit 13 predicts that the biogas concentration is less than the predetermined concentration from the above-described change over time, the sub-path compressor 11 is used before the actual measurement value of the densitometer 5 reaches the predetermined concentration. And the concentration apparatus 4 is started.

次に、濃度計5の測定値が所定濃度(例えば、55体積%未満)に到達したことを確認した際に、濃度制御部13から主経路流量調節弁7及び副経路流量調節弁12に対して制御信号が送信される。これにより、主経路L1からのバイオガスの流量と副経路L2からの濃縮ガスの流量とが調整されてガス混合設備8に供給される。このガス混合設備8において、所定の成分となるように自動的に調整される。そして、調整された混合ガスは、バッファータンク8及び混合ガス流量調節弁10を介して発電機3に燃料ガスとして供給される。   Next, when it is confirmed that the measurement value of the densitometer 5 has reached a predetermined concentration (for example, less than 55% by volume), the concentration control unit 13 sends the main path flow rate control valve 7 and the sub-path flow rate control valve 12 to each other. Control signal is transmitted. As a result, the flow rate of the biogas from the main route L1 and the flow rate of the concentrated gas from the sub route L2 are adjusted and supplied to the gas mixing facility 8. In this gas mixing equipment 8, it is automatically adjusted to become a predetermined component. The adjusted mixed gas is supplied as fuel gas to the generator 3 through the buffer tank 8 and the mixed gas flow rate control valve 10.

次に、濃度計5によって発酵槽2内で発生するバイオガス中のメタンガス(CH)濃度が60%まで上昇したことを検知した際、濃度制御部13によって主経路流量調節弁7を発電機3に必要な所定の流量設定値に戻し、副経路流量調節弁12は閉止するとともに副経路圧縮機11及び濃縮装置4の運転を停止する。 Next, when it is detected by the concentration meter 5 that the concentration of methane gas (CH 4 ) in the biogas generated in the fermenter 2 has increased to 60%, the concentration control unit 13 causes the main path flow rate control valve 7 to be connected to the generator. 3 is returned to a predetermined flow rate setting value required for the third flow, the sub-path flow rate adjusting valve 12 is closed, and the operations of the sub-path compressor 11 and the concentrating device 4 are stopped.

以上説明したように、本実施形態のバイオガス発電設備1によれば、発酵槽2から発電機3にバイオガスを供給する主経路L1から分岐する副経路L2に濃縮装置4が設けられており、濃縮されたバイオガス(濃縮ガス)を副経路L2から主経路L1に返送する構成となっている。このため、バイオガス以外の他の燃料を使用することなく、バイオガスの組成変動による発電出力の制約を受けることがない。したがって、バイオガス発電設備1を安定して運転することができる。   As described above, according to the biogas power generation facility 1 of the present embodiment, the concentrating device 4 is provided in the sub-path L2 branched from the main path L1 that supplies biogas from the fermenter 2 to the generator 3. The concentrated biogas (concentrated gas) is returned from the sub route L2 to the main route L1. For this reason, without using fuel other than biogas, there is no restriction on the power generation output due to the composition variation of biogas. Therefore, the biogas power generation facility 1 can be stably operated.

また、本実施形態のバイオガス発電設備1によれば、主経路L1の分岐点Pの一次側に設けられた濃度計5と、濃縮装置4と、主経路L1に設けられた主経路流量調節弁7と、副経路L2に設けられた副経路流量調節弁12とが、濃度制御部13と電気的に接続された構成となっている。このため、発酵槽2内で発生したバイオガスの濃度をリアルタイムに測定しながら、主経路流量調節弁7及び副経路流量調節弁12の制御を行うことができる。したがって、発酵槽2内で発生するバイオガスの成分が変動した場合であっても、所要の組成の混合ガスを自動的に安定して発電機3に供給することができる。 Further, according to the biogas power plant 1 of the present embodiment, a concentration meter 5 provided on the primary side of the branch point P 1 of the main path L1, the concentrator 4, the main path flow rate provided in the main path L1 The control valve 7 and the sub-path flow rate control valve 12 provided in the sub-path L <b> 2 are electrically connected to the concentration control unit 13. For this reason, the main path flow rate control valve 7 and the sub-path flow rate control valve 12 can be controlled while measuring the concentration of the biogas generated in the fermenter 2 in real time. Therefore, even if the component of the biogas generated in the fermenter 2 fluctuates, the mixed gas having a required composition can be automatically and stably supplied to the generator 3.

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した実施形態のバイオガス発電設備1では、濃度計5が主経路L1の分岐点Pの一次側に設けられた構成を一例として説明したが、混合設備8やバッファータンク9に設ける構成としてもよい。また、上述した位置に、濃度計を複数設ける構成であってもよい。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the biogas power plant 1 of the above-described embodiment has described an arrangement in which concentration meter 5 is provided on the primary side of the branch point P 1 of the main path L1 as an example, provided in the mixing equipment 8 and a buffer tank 9 It is good also as a structure. Moreover, the structure which provides multiple densitometers in the position mentioned above may be sufficient.

また、上述した実施形態のバイオガス発電設備1では、濃縮装置4によって生成した濃縮ガスを直接混合設備8に供給する構成を一例として説明したが、副経路L2の、濃縮装置4と副経路流量調節弁12との間に、濃縮ガスを貯留するためのバッファータンクを設ける構成としてもよい。これにより、発酵槽2内で発生するバイオガスの成分が変動した場合に直ちに濃縮ガスを主経路L1に供給することができるため、応答速度を向上することができる。   Moreover, in the biogas power generation facility 1 of the above-described embodiment, the configuration in which the concentrated gas generated by the concentrator 4 is directly supplied to the mixing facility 8 has been described as an example. However, the concentrator 4 and the sub-route flow rate of the sub-path L2 A buffer tank for storing the concentrated gas may be provided between the control valve 12 and the control valve 12. Thereby, when the component of the biogas generated in the fermenter 2 fluctuates, the concentrated gas can be immediately supplied to the main path L1, so that the response speed can be improved.

以下に、具体例を示す。
本発明のバイオガス発電設備として、図1に示す構成の設備を用いた。
A specific example is shown below.
As the biogas power generation facility of the present invention, the facility having the configuration shown in FIG. 1 was used.

(実施例1)
本発明のバイオガス発電設備を運転した。先ず、濃度計によって発酵槽内で発生したバイオガスの組成を測定したところ、バイオガス中のメタンガス濃度が55体積%であり、二酸化炭素濃度が45体積%であった。
Example 1
The biogas power generation facility of the present invention was operated. First, the composition of biogas generated in the fermentor was measured by a densitometer, and the methane gas concentration in the biogas was 55% by volume, and the carbon dioxide concentration was 45% by volume.

次に、主経路では、主経路圧縮機を運転して0.01MPaGまで昇圧するとともに、主経路流量調節弁によって、バイオガスを128m/hの流量で混合設備に供給した。 Next, in the main path, the main path compressor was operated to increase the pressure to 0.01 MPaG, and biogas was supplied to the mixing facility at a flow rate of 128 m 3 / h by the main path flow rate control valve.

一方、主経路から副経路に40m/hの流量でバイオガスを分取し、副経路圧縮機によって0.1MPaGまで昇圧した後、濃縮装置に供給した。この濃縮装置により、メタンガス濃度が90体積%であり、二酸化炭素濃度が10体積%である濃縮ガスが得られた。 On the other hand, biogas was fractionated from the main route to the sub route at a flow rate of 40 m 3 / h, and the pressure was increased to 0.1 MPaG by the sub route compressor, and then supplied to the concentrator. With this concentrator, a concentrated gas having a methane gas concentration of 90% by volume and a carbon dioxide concentration of 10% by volume was obtained.

次に、副経路流量調節弁によって、得られた濃縮ガスを22m/hの流量で混合設備に供給した。 Next, the obtained concentrated gas was supplied to the mixing facility at a flow rate of 22 m 3 / h by a sub-path flow rate control valve.

次に、混合設備において、主経路からのメタンガスと副経路からの濃縮ガスとを混合した。その結果、メタンガス濃度が60.1体積%であり、二酸化炭素濃度が39.9体積%である混合ガスが、150m/hの流量で得られた。 Next, in the mixing facility, methane gas from the main route and concentrated gas from the sub route were mixed. As a result, a mixed gas having a methane gas concentration of 60.1% by volume and a carbon dioxide concentration of 39.9% by volume was obtained at a flow rate of 150 m 3 / h.

1…バイオガス発電設備、2…発酵槽、3…発電機、4…濃縮装置、5…濃度計(濃度測定手段)、6…主経路圧縮機(第1圧縮機)、7…主経路流量調節弁(第1流量調節手段)、8…混合設備(混合手段)、9…バッファータンク、10…混合ガス流量調節弁、11…副経路圧縮機(第2圧縮機)、12…副経路流量調節弁(第2流量調節手段)、13…濃度制御部(バイオガス濃度制御手段)、L1…主経路、L2…副経路、P…分岐点、P…合流点 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Biogas power generation equipment, 2 ... Fermenter, 3 ... Generator, 4 ... Concentrator, 5 ... Densitometer (concentration measuring means), 6 ... Main path compressor (1st compressor), 7 ... Main path flow rate Control valve (first flow rate adjusting means), 8 ... mixing equipment (mixing means), 9 ... buffer tank, 10 ... mixed gas flow rate adjusting valve, 11 ... sub-path compressor (second compressor), 12 ... sub-path flow rate Control valve (second flow rate adjusting means), 13 ... concentration control unit (biogas concentration control means), L1 ... main path, L2 ... sub-path, P 1 ... branch point, P 2 ... confluence

Claims (8)

バイオガスを発生させる発酵槽と、
前記バイオガスを燃料として発電を行う発電機と、
前記発酵槽から前記発電機に前記バイオガスを供給する主経路と、
前記主経路から分岐し、前記主経路から前記バイオガスの一部を分取するとともに、前記主経路に合流し、濃縮された当該バイオガスを前記主経路に返送する副経路と、
前記副経路に設けられた、前記バイオガス中の成分を濃縮する濃縮装置と、を備える、バイオガス発電設備。
A fermentor that generates biogas;
A generator for generating electricity using the biogas as fuel;
A main path for supplying the biogas from the fermentor to the generator;
A sub-route for branching from the main route, separating a portion of the biogas from the main route, joining the main route, and returning the concentrated biogas to the main route;
A biogas power generation facility comprising: a concentrator for concentrating components in the biogas provided in the sub-path.
前記主経路に設けられた濃度測定手段をさらに備える、請求項1に記載のバイオガス発電設備。   The biogas power generation facility according to claim 1, further comprising concentration measuring means provided in the main path. 前記主経路の、前記副経路との分岐点と前記副経路との合流点との間に設けられた第1流量調節手段と、
前記副経路の、前記濃縮装置の二次側に設けられた第2流量調節手段と、をさらに備える、請求項1又は2に記載のバイオガス発電設備。
First flow rate adjusting means provided between a branch point of the main route with the sub route and a junction with the sub route;
The biogas power generation facility according to claim 1, further comprising: a second flow rate adjusting unit provided on a secondary side of the concentrating device in the sub path.
前記濃度測定手段と、前記濃縮装置と、前記第1流量調節手段と、前記第2流量調節手段と、電気信号を送受信する電気通信回線によって結ばれるバイオガス濃度制御手段を備える、請求項3に記載のバイオガス発電設備。   The apparatus according to claim 3, further comprising a biogas concentration control unit connected by the concentration measuring unit, the concentrating device, the first flow rate adjusting unit, the second flow rate adjusting unit, and an electric communication line for transmitting and receiving an electric signal. The biogas power generation facility described. 前記主経路の、前記分岐点と前記第1流量調節手段との間に設けられた第1圧縮機と、
前記副経路の、前記濃縮装置の一次側に設けられた第2圧縮機と、をさらに備える、請求項3又は4に記載のバイオガス発電設備。
A first compressor provided between the branch point of the main path and the first flow rate adjusting means;
The biogas power generation facility according to claim 3 or 4, further comprising: a second compressor provided on a primary side of the concentrator in the sub route.
前記合流点に混合手段が設けられている、請求項3乃至5のいずれか一項に記載のバイオガス発電設備。   The biogas power generation facility according to any one of claims 3 to 5, wherein a mixing means is provided at the junction. 前記主経路の、前記発電機の一次側に、バッファータンクが設けられている、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のバイオガス発電設備。   The biogas power generation facility according to any one of claims 1 to 6, wherein a buffer tank is provided on a primary side of the generator in the main path. 前記濃縮装置が、圧力変動吸着方式、膜分離方式、高圧水吸収方式、及びアミン吸収方式のうち、いずれか一つである、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のバイオガス発電設備。   The biogas power generation facility according to any one of claims 1 to 7, wherein the concentrating device is any one of a pressure fluctuation adsorption method, a membrane separation method, a high-pressure water absorption method, and an amine absorption method. .
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