JP2019094362A - バイオマスガス化装置およびその運転方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、粒状のバイオマス燃料をガス化炉内に供給しても、ガス化炉内のガス流速が終末速度未満の場合には、粒状のバイオマス燃料がガス化炉内で下降してしまい、ガス化反応が十分に行われずに排出されるおそれがある。
バイオマス燃料供給部から粒状のバイオマス燃料を第2筒部に供給することによって、第1筒部から導かれたガス化剤と反応して部分酸化燃焼が行われてバイオマス燃料がガス化される。このように、バイオマスガス化装置は、噴流床式とされる。
粒状のバイオマス燃料は、ガス化反応の進行に伴い粒径が減少する。したがって、供給当初は粒径が大きく終末速度未満のガス流速によって上昇せずに下降する粒子であっても、反応が進行するにしたがって粒径が小さくなり、最終的には終末速度以上のガス流れに乗って上方へ吹き上げられる。
ガス化炉本体内を通過するガス流れの流速は、ガス流量を一定とすれば、各筒部の流路断面積に反比例することから、各筒部の代表直径によって決定される。本発明者等が鋭意検討したところ、ふるい平均粒径が0.5mm以上3mm以下のバイオマス燃料であれば、第1筒部の代表直径を1とした場合に、第2筒部の代表直径を3以上4.5以下、第3筒部の代表直径を6.5以上7.5以下とし、バイオマス燃料が十分にガス化することを確認した。したがって、バイオマス燃料を1mm程度まで粉砕する必要がなくなり、粉砕機の動力を低減してプラント効率を向上させることができる。
代表直径は、いわゆる等価水力直径を意味し、所定形状の流路断面と等価な円管の直径を意味する。したがって、筒部が円筒の場合は、その直径に相当する。
バイオマス燃料としては、典型的には木質系のバイオマス燃料が用いられる。
ガス化剤としては、例えば、酸素と、400℃以上600℃以下とされた水蒸気が用いられる。
バイオマス燃料供給部は、例えばスクリューフィーダ等の機械式搬送方法が用いられる。
終末速度(terminal velocity)とは、終端速度と同義であり、物体にはたらく重力と、速度に依存する抗力とがつりあって変化しなくなったときの速度である。
バイオマス燃料の最大粒径は、好ましくは10mm、より好ましくは8mmとされる。
炉底に堆積する堆積物としては、例えば、バイオマス燃料に混入した石や砂等が挙げられる。
排出弁を開とするタイミングは、運転時間に基づいて決定しても良いし、炉内に堆積した堆積物の量に基づいて決定しても良い。
その後、排出弁を閉としてガス化反応を再開する場合には、水蒸気、バイオマス燃料、酸素の順に供給を開始する。このように酸素を最後に供給することで、急激な酸化反応(例えば燃焼反応)を回避することができる。
図1には、バイオマスガス化装置1が示されている。バイオマスガス化装置1は、バイオマス燃料のガス化を行うガス化炉本体3を備えている。ガス化炉本体3内でのガス化は、大気圧で行われる。
中部筒部5では、バイオマス燃料のガス化が行われる。中部筒部5におけるガス温度は、900℃以上1050℃以下とされる。
上部筒部6では、バイオマス燃料のガス化が行われる。上部筒部6におけるガス温度は、900℃以上1050℃以下とされる。
上部筒部6の上端には、排気部16が接続されている。この排気部16から、バイオマス燃料をガス化したガス化ガスやチャーが排出され、下流側の処理設備へと導かれる。
内径比が6.5以上7.5以下の範囲では、バイオマス燃料の粒径が約0.32から約0.4のものが終末速度となるため上部筒部6内で滞留しつつガス化反応が行われる。ガス化反応が行われると粒径は小さくなり、排気部16へ向けて上昇する。
このように、上述の通りに内径比を設定すると、最大粒径が10mmとされ、ふるい平均粒径が0.5mm以上3mm以下のバイオマス燃料であれば、十分にガス化が行われることが分かる。
排出弁12は、ガス化運転中は閉とされているが、運転時間が所定時間を経過した後に一時的に開とされる。これにより、炉内に堆積した堆積物が炉外へと排出される。堆積物としては、例えば、バイオマス燃料に混入した石や砂等が挙げられる。排出弁12を開とするタイミングは、運転時間に基づいて決定しても良いし、炉内に堆積した堆積物の量に基づいて決定しても良い。
粒状のバイオマス燃料は、ガス化反応の進行に伴い粒径が減少する。したがって、供給当初は粒径が大きく終末速度未満のガス流速によって上昇せずに下降する粒子であっても、反応が進行するにしたがって粒径が小さくなり、最終的には終末速度以上のガス流れに乗って上方へ吹き上げられる。
ガス化炉本体3内を通過するガス流れの流速は、ガス流量を一定とすれば、各筒部4,5,6の流路断面積に反比例することから、各筒部4,5,6の内径ΦL,ΦM,ΦUによって決定される。本発明者等が鋭意検討したところ、ふるい平均粒径が0.5mm以上3mm以下のバイオマス燃料であれば、下部筒部4の内径ΦLを1とした場合に、中部筒部5の内径ΦMを3以上4.5以下、上部筒部6の内径ΦUを6.5以上7.5以下とすることで、バイオマス燃料が十分にガス化できることを確認した。したがって、バイオマス燃料を1mm程度まで粉砕する必要がなくなり、粉砕機の動力を低減してプラント効率を向上させることができる。
3 ガス化炉本体
4 下部筒部(第1筒部)
5 中部筒部(第2筒部)
6 上部筒部(第3筒部)
8 第1接続部
9 第2接続部
10 ガス化剤供給配管(ガス化剤供給部)
12 排出弁
14 バイオマス燃料供給部
16 排気部
ΦL 下部筒部の内径(代表直径)
ΦM 中部筒部の内径(代表直径)
ΦU 上部筒部の内径(代表直径)
Claims (6)
- ガス流れの上流側から第1筒部、第2筒部および第3筒部が順に下方から上方に向かって接続されたガス化炉本体と、
前記第1筒部に接続され、ガス化剤を供給するガス化剤供給部と、
前記第2筒部に接続され、ふるい平均粒径が0.5mm以上3mm以下とされた粒状のバイオマス燃料を供給するバイオマス燃料供給部と、
を備え、
前記第1筒部の代表直径を1とした場合に、
前記第2筒部の代表直径は、3以上4.5以下、
前記第3筒部の代表直径は、6.5以上7.5以下
とされているバイオマスガス化装置。 - 前記第1筒部の代表直径は、前記バイオマス燃料の最大粒径の終末速度が得られる寸法とされている請求項1に記載のバイオマスガス化装置。
- 前記第1筒部と前記第2筒部との接続部、及び、前記第2筒部と前記第3筒部との接続部の傾斜角度は、安息角以上とされている請求項1又は2に記載のバイオマスガス化装置。
- 前記第1筒部の下方には、排出弁が設けられている請求項1から3のいずれかに記載のバイオマスガス化装置。
- ガス流れの上流側から第1筒部、第2筒部および第3筒部が順に下方から上方に向かって接続されたガス化炉本体と、
前記第1筒部に接続され、ガス化剤を供給するガス化剤供給部と、
前記第2筒部に接続され、ふるい平均粒径が0.5mm以上3mm以下とされた粒状のバイオマス燃料を供給するバイオマス燃料供給部と、
前記第1筒部の下方に設けられた排出弁と、
を備え、
前記第1筒部の代表直径を1とした場合に、
前記第2筒部の代表直径は、3以上4.5以下、
前記第3筒部の代表直径は、6.5以上7.5以下
とされているバイオマスガス化装置の運転方法であって、
前記排出弁は、所定の運転時間が経過した後に開とされるバイオマスガス化装置の運転方法。 - 前記排出弁を開とする際に、前記バイオマス燃料および前記ガス化剤の供給を停止し、
前記排出弁を閉とした後に、前記ガス化剤の水蒸気、前記バイオマス燃料、前記ガス化剤の酸素の順に供給を開始する請求項5に記載のバイオマスガス化装置の運転方法。
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2017
- 2017-11-17 JP JP2017221827A patent/JP7051384B2/ja active Active
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