JP2022067699A - Gasification system and operational method of gasification furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、木質バイオマス等の炭素源からガス化ガスを生成する技術に関し、特に、ガス化炉におけるガス化反応を制御するシステム、およびそのようなガス化炉の運転方法に関する。 The present invention relates to a technique for producing gasification gas from a carbon source such as woody biomass, and more particularly to a system for controlling a gasification reaction in a gasification furnace and a method for operating such a gasification furnace.
図4は従来における一般的なガス化システムの一例を示している。ここでは、ガス化ガスの炭素源とするガス原料Mとして木質チップを用い、該木質チップMをガス化剤と共にガス化炉1で加熱し、熱分解によりガス化ガスGを得、該ガス化ガスGをエンジン発電機2(以下、単に「発電機2」と称する)で燃焼して発電を行うバイオマス発電システムを想定している。
FIG. 4 shows an example of a conventional general gasification system. Here, wood chips are used as the gas raw material M as the carbon source of the gasification gas, and the wood chips M are heated in the
木質チップMは、チップクレーン3によってホッパ4の上方から投入され、該ホッパ4の出口に接続されたコンベヤ5によってガス化炉1まで運搬され、該ガス化炉1に投入される。
The wood chips M are loaded from above the hopper 4 by the
ガス化炉1としては、ここではアップフロー式のガス化炉を想定している。ガス化炉1には、上方に設けられた原料投入口1aからガス原料としての木質チップMが投入される一方、下方に設けられたガス化剤供給口1bから、ガス化剤としての空気Aと水蒸気Vが供給される。
As the
ガス化剤としての空気Aは、送風機6によりガス化剤供給路1cを通じてガス化炉1へ送り込まれる。送風機6からガス化剤供給口1bへ至るガス化剤供給路1cは、途中で2本に分岐しており、その一方には途中に加湿器7が設けられている。加湿器7では、空気Aに対しガス化剤としての水蒸気Vが添加される。こうして、送風機6から送り出される空気Aは、適宜の量の水蒸気Vを混合された状態でガス化炉1に供給される。
The air A as the gasifying agent is sent to the gasifying
ガス化剤供給口1bに供給された気体(ガス化剤としての空気Aおよび水蒸気V)のうち、酸素は炉内の下層で木質チップMの一部と反応し、これを燃焼させる。燃焼に伴い発生した熱により、木質チップMの成分の一部が熱分解され、一酸化炭素や気体水素、メタン等を含むガス化ガスが生成される。
Of the gases (air A and steam V as gasifiers) supplied to the
生成されたガス化ガスGは、ガス化炉1の上部に設けたガス出口1dから抜き出され、ガス化炉1の後段に備えた冷却器8に送り込まれる。冷却に伴い、ガス化ガスGに含まれる水蒸気とタールが凝縮してガス化ガスGから除かれる。水蒸気とタールを除かれたガス化ガスGは、続いて集塵機9に送られ、ここでガス化ガスGに残存する液滴や粒子が除かれる。
The generated gasification gas G is taken out from the gas outlet 1d provided in the upper part of the
冷却器8で凝縮したタールT、および集塵機9で捕集されたタールTは、タール分離機10に送られる。タール分離機10に送られて以降のタールTの処理については後述する。
The tar T condensed by the
冷却器8と集塵機9でタールTや粒子を除かれたガス化ガスGは、ファン11によって燃焼設備としての発電機(エンジン発電機)2に送り込まれる。発電機2ではガス化ガスGが燃焼されて発電が行われ、発生した排気ガスEは排気流路12に流れ、該排気流路12の出側に設けられた排気筒13から排出される。尚、排気流路12の途中には排気ガスEの排熱を回収するための熱交換器14が設けられているが、この熱交換器14の役割については後述する。
The gasified gas G from which the tar T and particles have been removed by the
タール分離機10では、冷却器8と集塵機9に回収されたタールTが成分の比重によって分離される。分離されたタールTの成分のうち、比重の大きい成分はタール燃焼装置15に送られる。タール燃焼装置15は、タールTを燃料として燃焼する燃焼設備である。
In the
タール分離機10で分離されたタールTの成分のうち、比重の小さい成分は軽質タール濃縮装置16に送られ、蒸発により濃縮されたうえでタール燃焼装置15に送られて燃焼される。濃縮時に発生するフラッシュ蒸気Fは、蒸気加熱器17にて加熱されたうえでタール燃焼装置15に送られる。
Among the components of tar T separated by the
タール燃焼装置15で発生する排気ガスEの流通する排気流路18の途中には、上述の蒸気加熱器17が設置され、ここで排気ガスEの排熱によりフラッシュ蒸気Fが加熱されるようになっている。また、蒸気加熱器17の下流側には、燃焼用空気加熱器19が設置されている。燃焼用空気加熱器19には、タールTの燃焼のための空気(燃焼用空気A1)がファン20の作動により送り込まれ、燃焼用空気A1は、ここで排気ガスEの排熱により加熱されたうえで、タール燃焼装置15に供給されるようになっている。
The above-mentioned
排気流路18における燃焼用空気加熱器19の下流側には、熱交換器21が設けられている。上述した発電機2の排気流路12に設けられた熱交換器14と、このタール燃焼装置15の排気流路18に設けられた熱交換器21の間は熱媒流路22で接続されており、この熱媒流路22内を水等の熱媒Hが循環して排気ガスEの排熱を回収するようになっている。熱媒流路22は、さらに軽質タール濃縮装置16に接続されており、熱交換器14,21にて熱媒Hにより回収された排熱が、軽質タール濃縮装置16におけるタールTの濃縮に利用されるようになっている。
A
排気流路18における熱交換器21の下流側にはファン23が設置され、このファン23の動作により、排気流路18における排気ガスEの流れが駆動される。排気ガスEは、排気流路18の出側に設けられた排気筒24から排出される。
A
尚、こうしたガス化炉によるガス化ガスの生成に関連する先行技術文献としては、例えば、下記の特許文献1等がある。
As prior art documents related to the generation of gasified gas by such a gasification furnace, for example, there is the following
ところで、上述の如きガス化システムにおいて、ガス原料として用いられる木質チップMの性質、すなわち構成成分である有機物の組成や含水率等は、植物種や生育状態、保管状態等によってまちまちである。特に含水率は、ガス化の工程に必要な熱量および酸素量に大きく影響する。すなわち、含水率が高ければそれだけ木質チップMの乾燥に必要な熱量が大きく、その熱量を賄う酸素の量も多くなる。このため、ガス化に必要な酸素を供給するという観点からは、ガス化剤としての空気Aの必要供給量は木質チップMの含水率に応じて変動する。 By the way, in the above-mentioned gasification system, the properties of the wood chip M used as a gas raw material, that is, the composition and water content of the organic matter which is a constituent component, vary depending on the plant species, the growing state, the storage state and the like. In particular, the water content greatly affects the amount of heat and oxygen required for the gasification process. That is, the higher the water content, the larger the amount of heat required to dry the wood chips M, and the larger the amount of oxygen that covers the amount of heat. Therefore, from the viewpoint of supplying oxygen required for gasification, the required supply amount of air A as a gasifying agent varies depending on the water content of the wood chip M.
一方、ガス化炉1のガス出口1dにおいては、ガス化ガスGの圧力を大気圧よりわずかに低い程度に保つことが望ましい。外部の空気がガス化ガスGの流路へ流入する可能性を極力低め、またガス化ガスGを後段の発電機2へスムーズに供給するためである。このように圧力を一定に保つ必要があるため、ガス化剤としての空気Aの供給量は、あまり大きく変動させることができない。結果として、木質チップMの含水率が低く、ガス化に必要な酸素量が比較的少ない場合であっても、ガス化のための酸素の要求量を上回る空気Aを供給せざるを得ず、余剰の酸素によって木質チップMの成分が燃焼し(すなわち、炭素分がメタンや一酸化炭素ではなく二酸化炭素になり)、これがガス化の効率の向上を阻害する一因になっていた。
On the other hand, at the gas outlet 1d of the
本発明は、斯かる実情に鑑み、ガス化反応を好適に制御し得るガス化システムおよびガス化炉の運転方法を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention is intended to provide a gasification system and a method of operating a gasification furnace capable of suitably controlling a gasification reaction.
本発明は、炭素源としてのガス原料をガス化剤と共に加熱してガス化ガスを生成するガス化炉と、燃料を燃焼して排気ガスを発生する燃焼設備と、前記燃焼設備から発生する排気ガスを回収して前記ガス化炉に供給する排気供給流路とを備え、前記燃焼設備から発生する排気ガスをガス化剤として前記ガス化炉に供給することにより、前記ガス化炉への酸素の供給量を制御し得るよう構成されていることを特徴とするガス化システムにかかるものである。 The present invention comprises a gasification furnace that heats a gas raw material as a carbon source together with a gasifying agent to generate gasified gas, a combustion facility that burns fuel to generate exhaust gas, and an exhaust gas generated from the combustion facility. It is provided with an exhaust supply flow path for recovering gas and supplying it to the gasification furnace, and by supplying the exhaust gas generated from the combustion equipment to the gasification furnace as a gasifier, oxygen to the gasification furnace is provided. It is related to a gasification system characterized in that it is configured to be able to control the supply amount of the gas.
本発明のガス化システムは、前記燃焼設備として、前記ガス化炉で生成したガス化ガスを燃焼する設備、または前記ガス化炉で生成したガス化ガスから回収したタールを燃焼するタール燃焼装置の少なくとも一方を備えることができる。 In the gasification system of the present invention, as the combustion equipment, an equipment for burning the gasification gas generated in the gasification furnace or a tar combustion device for burning the tar recovered from the gasification gas generated in the gasification furnace. At least one can be provided.
本発明のガス化システムは、ガス原料の含水率に応じて排気ガスの供給を切り替え得るよう構成することができる。 The gasification system of the present invention can be configured so that the supply of exhaust gas can be switched according to the water content of the gas raw material.
本発明のガス化システムにおいては、ガス原料の含水率を、前記ガス化炉内の温度を通じて把握し得るよう構成してもよい。 In the gasification system of the present invention, the water content of the gas raw material may be configured so that it can be grasped through the temperature in the gasification furnace.
本発明のガス化システムにおいては、ガス原料の含水率を、前記ガス化炉にて生成されたガス化ガスの組成を通じて把握し得るよう構成してもよい。 In the gasification system of the present invention, the water content of the gas raw material may be configured so that it can be grasped through the composition of the gasification gas produced in the gasification furnace.
本発明のガス化システムにおいては、ガス原料の含水率を、ガス原料の消費量を通じて把握し得るよう構成してもよい。 In the gasification system of the present invention, the water content of the gas raw material may be configured so that it can be grasped through the consumption amount of the gas raw material.
本発明のガス化システムは、ガス原料としてバイオマス、ごみ、石炭から選択される原料を使用するよう構成してもよい。 The gasification system of the present invention may be configured to use a raw material selected from biomass, waste, and coal as a gas raw material.
また、本発明は、炭素源としてのガス原料をガス化剤と共に加熱してガス化ガスを生成するガス化炉に対し、燃料を燃焼する燃焼設備から発生する排気ガスを回収し、ガス化剤として供給することにより、前記ガス化炉への酸素の供給量を制御することを特徴とするガス化炉の運転方法にかかるものである。 Further, the present invention recovers the exhaust gas generated from the combustion equipment that burns the fuel to the gasifier that generates the gasified gas by heating the gas raw material as a carbon source together with the gasifying agent, and the gasifying agent. The present invention relates to a method for operating a gasifier, which comprises controlling the amount of oxygen supplied to the gasifier.
本発明のガス化炉の運転方法において、前記燃焼設備は、前記ガス化炉で生成したガス化ガスを燃焼する設備、または前記ガス化炉で生成したガス化ガスから回収したタールを燃焼するタール燃焼装置の少なくとも一方とすることができる。 In the operation method of the gasification furnace of the present invention, the combustion equipment is the equipment for burning the gasification gas generated in the gasification furnace or the tar for burning the tar recovered from the gasification gas generated in the gasification furnace. It can be at least one of the combustors.
本発明のガス化炉の運転方法においては、ガス原料の含水率に応じて排気ガスの供給を切り替えることができる。 In the operation method of the gasification furnace of the present invention, the supply of the exhaust gas can be switched according to the water content of the gas raw material.
本発明のガス化システムおよびガス化炉の運転方法によれば、ガス化反応を好適に制御するという優れた効果を奏し得る。 According to the gasification system and the operation method of the gasification furnace of the present invention, an excellent effect of appropriately controlling the gasification reaction can be obtained.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の実施によるガス化システムの形態の一例を示しており、図中、図4と同一の符号を付した部分は同一物を表している。基本的な構成は図4に示す従来例と同様であり、木質チップMを反応させてガス化ガスGを得るガス化炉1と、該ガス化炉1で生成したガス化ガスGを燃料として燃焼させる燃焼設備としての発電機(エンジン発電機)2を備えている。
FIG. 1 shows an example of the form of a gasification system according to the implementation of the present invention, and in the figure, the portions having the same reference numerals as those in FIG. 4 represent the same objects. The basic configuration is the same as that of the conventional example shown in FIG. 4, and the
チップクレーン3によってホッパ4に投入された木質チップMはコンベヤ5によって運搬され、ガス化炉1の原料投入口1aに投入される。ガス化剤としての空気Aと水蒸気Vは、ガス化炉1の下方に設けられたガス化剤供給口1bから供給される。ガス化剤としての空気Aは、送風機6によりガス化剤供給路1cを通じてガス化剤供給口1bから送り込まれる。空気Aには、ガス化剤供給路1cの途中に設けられた加湿器7にて、ガス化剤としての水蒸気Vを必要に応じて添加されるようになっている。
The wood chips M charged into the hopper 4 by the
ガス化剤としての空気Aに含まれる酸素の一部は、炉内の下部で木質チップMの一部を燃焼させ、その際に生じる燃焼熱によって木質チップMの成分の一部がガス化剤と共に加熱され、熱分解されてガス化ガスGが生成される。ガス化ガスGは、ガス化炉1の上部に設けたガス出口1dから抜き出され、後段の冷却器8に送り込まれ、タールTを除かれる。タールTの除かれたガス化ガスGは、続いて集塵機9に送られ、残存するタールTや粒子を除かれる。冷却器8で凝縮したタールT、および集塵機9で捕集されたタールTは、タール分離機10に送られる。
A part of the oxygen contained in the air A as a gasifying agent burns a part of the wood chip M in the lower part of the furnace, and the combustion heat generated at that time causes a part of the components of the wood chip M to be a gasifying agent. It is heated together with it and pyrolyzed to generate gasification gas G. The gasified gas G is taken out from the gas outlet 1d provided in the upper part of the
冷却器8と集塵機9でタールTや粒子を除かれたガス化ガスGは、ファン11によって燃焼設備としての発電機2に送り込まれ、燃焼される。発生した排気ガスEは排気流路12に流れ、該排気流路12の出側に設けられた排気筒13から排出される。
The gasified gas G from which the tar T and particles have been removed by the
タール分離機10では、冷却器8と集塵機9にてガス化ガスGから回収されたタールTが成分の比重によって分離され、比重の大きい成分は燃焼設備としてのタール燃焼装置15に送られて燃焼される。比重の小さい成分は軽質タール濃縮装置16に送られ、濃縮されたうえでタール燃焼装置15に送られて燃焼される。濃縮時に発生するフラッシュ蒸気Fは、蒸気加熱器17にて加熱されたうえでタール燃焼装置15に送られる。
In the
タール燃焼装置15で発生する排気ガスEの流通する排気流路18の途中には蒸気加熱器17が設置され、ここで排気ガスEの排熱によりフラッシュ蒸気Fが加熱される。蒸気加熱器17の下流側には燃焼用空気加熱器19が設置されており、ここに燃焼用空気A1がファン20の作動により送り込まれ、排気ガスEの排熱により加熱されたうえで、タール燃焼装置15に供給されるようになっている。
A
排気流路12の途中、および排気流路18における燃焼用空気加熱器19の下流側の位置には、熱交換器14,21がそれぞれ設けられている。熱交換器14と熱交換器21の間は熱媒流路22で接続されており、この熱媒流路22内を水等の熱媒Hが循環している。熱媒流路22は、さらに軽質タール濃縮装置16に接続されており、熱交換器14,21にて熱媒Hにより回収された排熱が、軽質タール濃縮装置16におけるタールTの濃縮に利用されるようになっている。
排気流路18における熱交換器21の下流側にはファン23が設置され、このファン23の動作により、排気流路18における排気ガスEの流れが駆動される。排気ガスEは、排気流路18の出側に設けられた排気筒24から排出される。
A
以上の構成については図4に示す従来例と共通しているが、図1に示す本実施例の場合、排気流路12,18に排気供給流路25を接続し、この排気供給流路25から排気ガスEを回収し、ガス化剤としてガス化炉1に供給できるよう構成した点を特徴としている。
The above configuration is common to the conventional example shown in FIG. 4, but in the case of this embodiment shown in FIG. 1, the exhaust
排気供給流路25の入側は、排気流路12においては熱交換器14と排気筒13の間の位置に接続され、排気流路18においてはファン23と排気筒24の間の位置に接続され、各排気供給流路25は、その下流側で互いに合流している。排気供給流路25の出側は、ガス化剤供給路1cに接続されている。排気供給流路25の途中には開閉弁26が設けられ、排気供給流路25を開閉できるようになっている。こうして、ガス化剤供給路1cを流通する空気Aに対し、排気ガスEを必要に応じて導入することができるようになっている。
The inlet side of the
ガス化剤供給路1cに対する排気供給流路25の接続位置は、送風機6の上流側(図中に実線で示す)でもよいし、下流側(図中に破線で示す)でもよい。排気供給流路25を送風機6の下流側に接続する場合には、途中にファン27を備え、排気ガスEを加圧してガス化剤供給路1cに送り込むようにするとよい。
The connection position of the exhaust
このようにすると、例えば木質チップMの含水率が高い場合にはガス化炉1に対しガス化剤として空気Aのみ(または空気Aと水蒸気V)を供給し、木質チップMの含水率が低い場合には、ガス化剤としての空気Aに酸素の少ない排気ガスEを混合して供給する、といった運転により、ガス化炉1へ供給する酸素の量を制御することが可能である。空気A中の酸素濃度は一般的に21%程度であるが、発電機2から排出される排気ガスE中の酸素濃度は例えば10%程度、タール燃焼装置15から排出される排気ガスE中の酸素濃度は例えば4~5%程度である。このように酸素濃度の低い排気ガスEを回収し、ガス化剤としてガス化炉1に供給することにより、供給されるガス化剤の総体積および圧力を大きく変動させることなく、したがってガス化炉1内の圧力を大きく変動させることもなく、酸素の供給量を調整することができるのである。
In this way, for example, when the water content of the wood chip M is high, only air A (or air A and steam V) is supplied to the
図2は、図4に示す従来例における木質チップMの含水率と、木質チップMの消費量の関係を示している。図中の実線は、定格出力で発電を行う際、木質チップMの含水率に応じ、ガス化に必要な量の酸素を添加してガス化を行った場合の理論値を示している。発電機2において必要な発電量を賄うための木質チップMの消費量を考えると、木質チップMの含水率が高いほど木質チップMの一日あたりの消費重量は大きくなり(水分の蒸発に炭素分の燃焼が必要となるため)、含水率が低いほど一日あたりの消費重量は小さくなると、理論上は考えられる。
FIG. 2 shows the relationship between the water content of the wood chip M and the consumption amount of the wood chip M in the conventional example shown in FIG. The solid line in the figure shows the theoretical value when gasification is performed by adding an amount of oxygen required for gasification according to the water content of the wood chip M when generating power at the rated output. Considering the consumption of the wood chip M to cover the required power generation in the
これに対し、図中の破線は実際の設備において定格出力で発電を行った際の木質チップMの含水率と消費量の関係を示している。実線で示す理論値と比較すると、含水率の低い領域において、木質チップMの消費量が高くなっている。これは、ガス化に要求される量だけの酸素を供給していれば、少ない量の木質チップMで必要なガス化ガスGを生成できるはずであるにもかかわらず、上に説明したように圧力を保つ目的で余剰量の空気Aが供給される結果、理論的にはガス化ガスとして利用できるはずの炭素分が余剰の空気Aに含まれる酸素によって燃焼し、二酸化炭素になってしまっていることを意味している。 On the other hand, the broken line in the figure shows the relationship between the water content and the consumption of the wood chip M when power is generated at the rated output in the actual equipment. Compared with the theoretical value shown by the solid line, the consumption of the wood chip M is high in the region where the water content is low. This is as explained above, even though a small amount of wood chip M should be able to produce the required gasification gas G if only the amount of oxygen required for gasification is supplied. As a result of the surplus air A being supplied for the purpose of maintaining pressure, the carbon content that could theoretically be used as a gasification gas is burned by the oxygen contained in the surplus air A and becomes carbon dioxide. It means that you are.
そこで、図1に示す本実施例のように、酸素量の少ない排気ガスEをガス化ガスとして利用すれば、ガス化炉1内に供給されるガス化剤の総量を大きく変動させず、ガス化炉1のガス出口1dにおける圧力を大気圧付近に保ちながら酸素の供給量を適正な値に近づけることができ、これにより、木質チップMの含水率が低い場合におけるガス化効率を向上することができるのである。
Therefore, if the exhaust gas E having a small amount of oxygen is used as the gasification gas as in the present embodiment shown in FIG. 1, the total amount of the gasifying agent supplied into the
ここで、上述の如き運転を行うためには、木質チップMの含水率を何らかの形で把握することが望ましい。このための具体的な方法について、以下に数例を説明する。 Here, in order to perform the above-mentioned operation, it is desirable to grasp the water content of the wood chip M in some form. A few examples of specific methods for this will be described below.
例えば、図中に28の符号で示すように、ガス化炉1に含水率監視部としての温度センサを設け、炉内の温度を通じて木質チップMの含水率を把握することができる。ここでは、炉内における高さの異なる位置に複数の温度センサ28を取り付けた場合を例示している。アップフロー式のガス化炉1の場合、下方から酸素を含むガス化剤が供給され、木質チップMの下層で酸素による燃焼が生じるので、炉内の温度は最下部で最も高く、そこから上に向かうほど低くなる。ここで、木質チップMの含水率が高い場合には、最下部で燃焼によって生じる熱は上方への伝達に伴い水分の蒸発によって速やかに奪われていくので、温度は最下部からやや上方の領域で大きく低下する。一方、木質チップMの含水率が低い場合には、乾燥に使われる熱量が少なく、比較的上方まで高温の領域が広く連続する。このような温度分布の違いにより、木質チップMの含水率の高低をある程度把握することができる。尚、このような温度分布ではなく、ある一点における温度や、複数の位置で測定した温度の平均値等によって木質チップMの含水率を把握するようにしてもよい。
For example, as shown by the
あるいは、木質チップMから生成されたガス化ガスGの組成を測定することによって木質チップMの含水率を把握することもできる。発電所等の施設においてガスを燃料として利用する場合、燃焼によって発生する熱量を把握する等の目的で、燃料のガスの一部をサンプリングし、組成を分析することが一般に行われる。図1には、含水率監視部として、ガス化ガスGを分析するためのサンプリング部29を図示している。サンプリング部29では、集塵機9でタールTや粒子を除かれたガス化ガスGの一部をサンプリングガスSとして抜き出し、各種の方法(例えば、非分散赤外線吸収法や、磁気式酸素濃度計を用いた方法など)を用いて組成を分析するようになっている。このサンプリングガスSの組成分析の結果によって、木質チップMの含水率を把握することができる。
Alternatively, the water content of the wood chip M can be grasped by measuring the composition of the gasification gas G generated from the wood chip M. When gas is used as fuel in a facility such as a power plant, it is generally performed to sample a part of the fuel gas and analyze the composition for the purpose of grasping the amount of heat generated by combustion. FIG. 1 illustrates a
あるいはまた、ガス原料である木質チップMの消費量によっても、木質チップMの含水率を把握することができる。例えば図2に実線で示した理論値のように、ガス化ガスGによってある一定の熱量を賄うために必要なガス原料(木質チップM)の量は、含水率が高いほど多くなる。そこで、例えば図1中に示すチップクレーン3において、ガス原料である木質チップMの消費量を監視する(この場合、チップクレーン3が原料消費量監視部としての役割を果たす)。チップクレーン3では、ある時間帯にホッパ4に投入された木質チップMの量を、消費量として把握することができる。後段の発電機2における発電量に対し、木質チップMの消費量が多ければ、木質チップMの含水率が高いと判断することができる。
Alternatively, the water content of the wood chip M can also be grasped from the consumption amount of the wood chip M which is a gas raw material. For example, as shown by the theoretical value shown by the solid line in FIG. 2, the amount of the gas raw material (wood chip M) required to cover a certain amount of heat by the gasification gas G increases as the water content increases. Therefore, for example, in the
むろん、より直接的な方法として、定期的に木質チップMをサンプリングして乾燥させ、乾燥前後の重量差から含水率を把握するという手分析による方法も可能である。 Of course, as a more direct method, a manual analysis method in which the wood chips M are periodically sampled and dried and the water content is grasped from the weight difference before and after drying is also possible.
この他、木質チップMの含水率を把握する方法としては種々の方法が考えられる。含水率を把握する原理や、含水率監視部の構成としては、含水率を把握し得る限りにおいて適宜の原理や構成を採用することができる。また、含水率監視部として複数の種類の装置や設備を併用してもよい。 In addition, various methods can be considered as a method for grasping the water content of the wood chip M. As the principle for grasping the water content and the configuration of the water content monitoring unit, an appropriate principle and configuration can be adopted as long as the water content can be grasped. Further, a plurality of types of devices and equipment may be used in combination as the water content monitoring unit.
このようにして把握された含水率に基づき、ガス化剤としての排気ガスEの導入を操作するにあたっては、例えばこれを人的な判断に基づいて行うことができる。含水率監視部28~30によって把握された木質チップMの含水率に応じ、ガス化炉1への酸素の供給量を下げるか否かを人が判断し、含水率が高い場合には開閉弁26を閉止し、ガス化剤として空気Aのみ、あるいは空気Aと水蒸気Vをガス化炉1へ供給する一方、含水率が低い場合には開閉弁26を開放し(また、ファン27を作動させ)、ガス化剤として排気ガスEをガス化炉1へ導入するのである。
In operating the introduction of the exhaust gas E as a gasifying agent based on the water content grasped in this way, for example, this can be performed based on human judgment. According to the water content of the wood chip M grasped by the water
こうした操作は、例えば含水率についてある閾値を設定し、把握された含水率が前記閾値以上であれば開閉弁26を閉止し、含水率が前記閾値を下回っていれば開閉弁26を開放する、といった形で行ってもよいし、あるいは、含水率の数値の大小に応じて開閉弁26の開度をも調整するようにしてもよい。このように、ガス化剤としての排気ガスEの供給の有無あるいは供給量をガス原料Mの含水率に応じて変更することにより、含水率に応じたガス化反応の最適化を図ることができる。
In such an operation, for example, a certain threshold value is set for the water content, the on-off
また、把握された木質チップMの含水率と、開閉弁26の開閉とを自動的に連動させてもよい。例えば図1に示すように、含水率監視部28~30によって把握される含水率を制御装置31に入力し、該制御装置31では、入力された含水率に応じて開閉弁26の開閉および開度を操作するように構成することもできる。
Further, the grasped water content of the wood chip M and the opening / closing of the on-off
以上の如きガス化システムにおけるガス化炉の運転方法は、例えば図3に示す如きフローチャートにまとめることができる。 The operation method of the gasification furnace in the gasification system as described above can be summarized in a flowchart as shown in FIG. 3, for example.
まず、ガス原料である木質チップMの含水率を把握する(ステップS1)。含水率は、上に述べたように、含水率監視部3,28,29のうち少なくとも1つ、あるいは手分析等によって把握できる。続いて、システムの運転員、または制御装置31が、把握された含水率が高いか否かを判定する(ステップS2)。ここでは、例えばある含水率監視部によって把握された木質チップMの含水率、あるいは含水率を反映した何らかの数値(ガス化炉1内の温度、サンプリングガスSにおける水分の比率、木質チップMの消費量等)が、ある閾値を超えているか否かを基準に判定を行ってもよいし、また、上に説明したように、ガス化炉1における温度分布に基づいて含水率の高低を判定することもできる。
First, the water content of the wood chip M, which is a gas raw material, is grasped (step S1). As described above, the water content can be grasped by at least one of the water
木質チップMの含水率が低いと判定されたら、開閉弁26を開放し、排気供給流路25からガス化剤として排気ガスEをガス化炉1に供給する(ステップS3)。ここで、さらに含水率の高低に応じ、排気ガスEの供給量を調整してもよい。
When it is determined that the water content of the wood chip M is low, the on-off
ステップS2において、含水率が高いと判定された場合は、開閉弁26を閉止し、ガス化剤として排気ガスE以外のガス(空気Aや水蒸気V)のみを供給する(ステップS4)。この工程を繰り返しながらガス化炉1を運転することで、ガス化炉1内の圧力を大きく変動させることなく、木質チップMのガス化に適切な量の酸素を供給することができる。
If it is determined in step S2 that the water content is high, the on-off
尚、ここでは実施例として、ガス原料に木質チップを用いる場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。ガス原料として含水率の異なる物質を使用し得るガス化炉を備えている限りにおいて、本発明は種々のガス化システムに適用することができる。すなわち、ガス原料は、木質チップ以外のバイオマスを含む原料(例えば、ごみ等)や、バイオマス以外の物質、例えば石炭等であってもよい。 Although a case where wood chips are used as a gas raw material has been described here as an example, the present invention is not limited to this. The present invention can be applied to various gasification systems as long as a gasification furnace capable of using substances having different water contents as a gas raw material is provided. That is, the gas raw material may be a raw material containing biomass other than wood chips (for example, garbage) or a substance other than biomass, for example, coal.
また、ここでは燃焼設備として、ガス化ガスGを燃焼するエンジン発電機である発電機2、およびタールTを燃焼するタール燃焼装置15を備えた場合を例示したが、燃焼設備はこれらの設備に限定されない。ガス化剤として利用し得る排気ガス、すなわち空気よりも酸素の含有量が少ない排気ガスを発生する装置や設備であれば、その種類や構成を問わず、本発明の実施に利用することができる。ただし、ガス化炉1にて生じたガス化ガスGやタールTを燃料として燃焼する上述の如き燃焼設備(発電機2やタール燃焼装置15)を排気ガスの供給源として利用すれば、ガス化剤としての排気ガスEの供給先としてのガス化炉1が、燃焼設備への燃料(ガス化ガスGやタールT)の供給源としての機能をも兼ねることになるので、ガス化システムの全体構成をコンパクトにすることができる。尚、本実施例では排気ガスEの供給源である燃焼設備として発電機2とタール燃焼装置15を利用する場合を説明したが、これらのうち一方から発生する排気ガスEのみをガス化剤としてガス化炉1に供給するようにしてもよい。
Further, here, as a combustion facility, a case where a
また、ガス化炉としてはアップフロー式のガス化炉1を例示したが、ダウンドラフト式のガス化炉に本発明を適用することもできる。ただし、一般にダウンドラフト式のガス化炉では、予めガス原料をある程度乾燥させてからガス化炉へ投入するので、ガス原料の含水率の変動はアップフロー式のガス化炉の場合ほど大きくない。本発明の作用効果をより顕著に発揮し得るのは、上に説明した実施例のように、ガス原料における含水率の変動の大きいアップフロー式のガス化炉に適用した場合である。
Further, although the upflow
以上のように、上記本実施例のガス化システムは、炭素源としてのガス原料(木質チップ)Mをガス化剤(空気A、水蒸気V)と共に加熱してガス化ガスGを生成するガス化炉1と、燃料(ガス化ガスG、タールT)を燃焼して排気ガスEを発生する燃焼設備(発電機2、タール燃焼装置15)と、燃焼設備2,15から発生する排気ガスEを回収してガス化炉1に供給する排気供給流路25とを備え、燃焼設備2,15から発生する排気ガスEをガス化剤としてガス化炉1に供給することにより、ガス化炉1への酸素の供給量を制御し得るよう構成されている。
As described above, in the gasification system of the present embodiment, the gas raw material (wood chip) M as a carbon source is heated together with the gasifier (air A, steam V) to generate gasification gas G. The
また、上記本実施例のガス化炉の運転方法においては、炭素源としてのガス原料Mをガス化剤A,Vと共に加熱してガス化ガスGを生成するガス化炉1に対し、燃料G,Tを燃焼する燃焼設備2,15から発生する排気ガスEを回収し、ガス化剤として供給することにより、ガス化炉1への酸素の供給量を制御するようにしている。
Further, in the operation method of the gasification furnace of the present embodiment, the fuel G is compared with the
このようにすれば、ガス化炉1内の圧力を大きく変動させることなく、ガス化炉1への酸素の供給量を調整することができる。
By doing so, it is possible to adjust the amount of oxygen supplied to the
また、本実施例のガス化システムは、前記燃焼設備として、ガス化炉1で生成したガス化ガスGを燃焼する設備(発電機2)、またはガス化炉1で生成したガス化ガスGから回収したタールTを燃焼するタール燃焼装置15の少なくとも一方(本実施例では両方)を備えている。
Further, in the gasification system of the present embodiment, as the combustion equipment, the equipment for burning the gasification gas G generated in the gasification furnace 1 (generator 2) or the gasification gas G generated in the
また、本実施例のガス化炉の運転方法において、前記燃焼設備は、ガス化炉1で生成したガス化ガスGを燃焼する設備(発電機2)、またはガス化炉1で生成したガス化ガスGから回収したタールTを燃焼するタール燃焼装置15の少なくとも一方(本実施例では両方)としている。
Further, in the operation method of the gasification furnace of the present embodiment, the combustion equipment is the equipment for burning the gasification gas G generated in the gasification furnace 1 (generator 2) or the gasification generated in the
このようにすれば、ガス化剤としての排気ガスEの供給先としてのガス化炉1が、燃焼設備への燃料(ガス化ガスGやタールT)の供給源としての機能をも兼ねることにより、ガス化システムの全体構成をコンパクトにすることができる。
By doing so, the
また、本実施例のガス化システムは、ガス原料Mの含水率に応じて排気ガスEのガス化炉1への供給を切り替え得るよう構成されている。
Further, the gasification system of the present embodiment is configured to be able to switch the supply of the exhaust gas E to the
また、本実施例のガス化炉の運転方法においては、ガス原料Mの含水率に応じて排気ガスEのガス化炉1への供給を切り替えるようにしている。
Further, in the operation method of the gasification furnace of this embodiment, the supply of the exhaust gas E to the
このようにすれば、ガス化剤としての排気ガスEの供給量をガス原料Mの含水率に応じて変更し、ガス原料Mの含水率に応じたガス化反応の最適化を図ることができる。 By doing so, the supply amount of the exhaust gas E as the gasifying agent can be changed according to the water content of the gas raw material M, and the gasification reaction can be optimized according to the water content of the gas raw material M. ..
また、本実施例のガス化システムにおいては、ガス原料Mの含水率を、ガス化炉1内の温度を通じて把握し得るよう構成することができる。
Further, in the gasification system of the present embodiment, the water content of the gas raw material M can be configured so as to be grasped through the temperature in the
また、本実施例のガス化システムにおいては、ガス原料Mの含水率を、ガス化炉1にて生成されたガス化ガスGの組成を通じて把握し得るよう構成することもできる。
Further, in the gasification system of the present embodiment, the water content of the gas raw material M can be configured so that it can be grasped through the composition of the gasification gas G generated in the
また、本実施例のガス化システムにおいては、ガス原料Mの含水率を、ガス原料Mの消費量を通じて把握し得るよう構成することもできる。 Further, in the gasification system of the present embodiment, the water content of the gas raw material M can be configured so as to be grasped through the consumption amount of the gas raw material M.
また、本実施例のガス化システムにおいては、ガス原料Mとしてバイオマス、ごみ、石炭から選択される原料(本実施例においては、木質チップ)を使用している。このようにすれば、ガス原料Mとしてバイオマスを使用するガス化システムにおいて、上述の作用効果を奏することができる。 Further, in the gasification system of this embodiment, a raw material selected from biomass, waste, and coal (wood chips in this example) is used as the gas raw material M. By doing so, in a gasification system using biomass as the gas raw material M, the above-mentioned action and effect can be obtained.
したがって、上記本実施例によれば、ガス化反応を好適に制御し得る。 Therefore, according to the present embodiment, the gasification reaction can be suitably controlled.
尚、本発明のガス化システムおよびガス化炉の運転方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The gasification system and the operation method of the gasification furnace of the present invention are not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the gist of the present invention. ..
1 ガス化炉
2 燃焼設備(発電機)
15 燃焼設備(タール燃焼装置)
25 排気供給流路
A ガス化剤(空気)
G ガス化ガス
T タール
M ガス原料(木質チップ)
V ガス化剤(水蒸気)
1
15 Combustion equipment (tar combustion equipment)
25 Exhaust supply flow path A Gasifier (air)
G gasification gas T tar M gas raw material (wood chips)
V gasifying agent (water vapor)
Claims (10)
燃料を燃焼して排気ガスを発生する燃焼設備と、
前記燃焼設備から発生する排気ガスを回収して前記ガス化炉に供給する排気供給流路とを備え、
前記燃焼設備から発生する排気ガスをガス化剤として前記ガス化炉に供給することにより、前記ガス化炉への酸素の供給量を制御し得るよう構成されていること
を特徴とするガス化システム。 A gasifier that heats a gas raw material as a carbon source together with a gasifying agent to generate gasified gas,
Combustion equipment that burns fuel to generate exhaust gas,
It is provided with an exhaust supply flow path that collects the exhaust gas generated from the combustion equipment and supplies it to the gasification furnace.
A gasification system characterized in that the amount of oxygen supplied to the gasification furnace can be controlled by supplying the exhaust gas generated from the combustion facility as a gasifying agent to the gasification furnace. ..
を特徴とする請求項1に記載のガス化システム。 The combustion facility is characterized by including at least one of a facility for burning the gasification gas generated in the gasification furnace and a tar combustion device for burning the tar recovered from the gasification gas generated in the gasification furnace. The gasification system according to claim 1.
を特徴とする請求項1または2に記載のガス化システム。 The gasification system according to claim 1 or 2, wherein the supply of the exhaust gas can be switched according to the water content of the gas raw material.
を特徴とする請求項3に記載のガス化システム。 The gasification system according to claim 3, wherein the water content of the gas raw material can be grasped through the temperature in the gasification furnace.
を特徴とする請求項3に記載のガス化システム。 The gasification system according to claim 3, wherein the water content of the gas raw material can be grasped through the composition of the gasification gas produced in the gasification furnace.
を特徴とする請求項3に記載のガス化システム。 The gasification system according to claim 3, wherein the water content of the gas raw material can be grasped through the consumption amount of the gas raw material.
を特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載のガス化システム。 The gasification system according to any one of claims 1 to 6, wherein the gasification system is configured to use a raw material selected from biomass, waste, and coal as a gas raw material.
燃料を燃焼する燃焼設備から発生する排気ガスを回収し、ガス化剤として供給することにより、前記ガス化炉への酸素の供給量を制御すること
を特徴とするガス化炉の運転方法。 For a gasifier that produces a gasified gas by heating a gas raw material as a carbon source together with a gasifying agent.
A method for operating a gasifier, which comprises controlling the amount of oxygen supplied to the gasifier by recovering exhaust gas generated from a combustion facility that burns fuel and supplying it as a gasifying agent.
を特徴とする請求項8に記載のガス化炉の運転方法。 The combustion facility is characterized in that it is at least one of a facility for burning the gasification gas generated in the gasification furnace and a tar combustion device for burning the tar recovered from the gasification gas generated in the gasification furnace. The method for operating the gasifier according to claim 8.
を特徴とする請求項8または9に記載のガス化炉の運転方法。 The method for operating a gasifier according to claim 8 or 9, wherein the supply of exhaust gas is switched according to the water content of the gas raw material.
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