JP2024056360A - 粉体回収装置および粉体回収装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設置コストおよび設置スペースの増大や外気の汚染を防止しつつ加熱された処理対象ガスから粉体を分離して冷却する。【解決手段】生成ガスフィルタ３１Ａと、冷却ホッパ３１Ｂと、冷却ホッパ３１Ｂの導入ライン３１Ｂａに配置される第１排出弁３１Ｄと、冷却ホッパ３１Ｂの排出ライン３１Ｂｃに配置される第２排出弁３１Ｅと、冷却ホッパ３１Ｂの回収容器３１Ｂｂを加圧する加圧動作を実行する加圧部３１Ｆと、回収容器３１Ｂｂを減圧する減圧動作を実行する減圧部３１Ｇと、制御部と、を備え、制御部は、第１排出弁３１Ｄおよび第２排出弁３１Ｅを閉状態にして加圧部３１Ｆによる加圧動作と減圧部３１Ｇによる減圧動作とを交互に繰り返した後に、第２排出弁３１Ｅを開状態にして回収容器３１Ｂｂに回収されたチャーを排出ライン３１Ｂｃから排出するよう制御する集塵設備３１を提供する。【選択図】図２

Description

本開示は、粉体回収装置および粉体回収装置の制御方法に関する。

従来、燃焼ガス中から灰捕集装置よって回収された灰を減温して系外へ排出する灰処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示される灰処理装置は、灰を含む高圧高温燃焼ガスから捕集された灰を灰冷却器で冷却して高圧灰貯槽へ搬送する。高圧灰貯槽の下部に堆積した灰は減圧ホッパへ払い出され、大気圧まで減圧した後に灰サイロへ送られる。

特開平７－４２９１０号公報

しかしながら、特許文献１では、灰捕集装置よって回収された灰を減温するための設備として灰冷却器が必要であるため、灰捕集装置の設置コストが増大するとともに灰冷却器を設置するための設置スペースが必要となる。また、灰捕集装置が捕集する灰の粒子の細孔に可燃性ガスが吸着している場合には、灰捕集装置から排出される未燃分を含む灰が酸化して発熱（自然発熱）したり、灰から可燃性ガスが脱離して外気を汚染させる可能性がある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、設置コストおよび設置スペースの増大や粉体の自然発熱、及び外気の汚染を抑制しつつ加熱された処理対象ガスから粉体を分離して冷却することが可能な粉体回収装置および粉体回収装置の制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示は以下の手段を採用する。
本開示に係る粉体回収装置は、加熱された処理対象ガスから粉体を分離して回収する粉体回収装置であって、前記処理対象ガスが導入されるとともに前記処理対象ガスから前記粉体を分離する粉体分離部と、前記粉体分離部により分離された前記粉体が導入される導入部と、前記導入部から導入される前記粉体を一時的に回収する回収容器と、前記回収容器に回収された前記粉体を排出する排出部と、を有する第１回収部と、前記導入部に設置される第１開閉弁と、前記排出部に設置される第２開閉弁と、前記回収容器へ加圧用ガスを供給して前記回収容器を加圧する加圧動作を実行する加圧部と、前記回収容器から前記加圧用ガスを外部へ排出して前記回収容器を減圧する減圧動作を実行する減圧部と、前記第１開閉弁と、前記第２開閉弁と、前記加圧部と、前記減圧部とを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１開閉弁および前記第２開閉弁を閉状態にして前記加圧部による前記加圧動作と前記減圧部による前記減圧動作とを交互に繰り返した後に、前記第２開閉弁を開状態にして前記回収容器に回収された前記粉体を前記排出部から排出するよう制御する。

本開示に係る粉体回収装置の制御方法は、加熱された処理対象ガスから粉体を分離して回収する粉体回収装置の制御方法であって、前記粉体回収装置は、前記処理対象ガスが導入されるとともに前記処理対象ガスから前記粉体を分離する粉体分離部と、前記粉体分離部により分離された前記粉体が導入される導入部と、前記導入部から導入される前記粉体を一時的に回収する回収容器と、前記回収容器に回収された前記粉体を排出する排出部と、を有する第１回収部と、前記導入部に設置される第１開閉弁と、前記排出部に設置される第２開閉弁と、前記回収容器へ加圧用ガスを供給して前記回収容器を加圧する加圧動作を実行する加圧部と、前記回収容器から前記加圧用ガスを外部へ排出して前記回収容器を減圧する減圧動作を実行する減圧部と、を備え、前記第１開閉弁および前記第２開閉弁を閉状態にして前記加圧動作を実行する加圧工程と、前記第１開閉弁および前記第２開閉弁を閉状態にして前記減圧部による前記減圧動作を実行する減圧工程と、前記加圧工程と前記減圧工程とを交互に繰り返した後に、前記第２開閉弁を開状態にして前記回収容器に回収された前記粉体を前記排出部から排出する排出工程と、を備える。

本開示によれば、設置コストおよび設置スペースの増大や粉体の自然発熱、及び外気の汚染を抑制しつつ加熱された処理対象ガスから粉体を分離して冷却することが可能な粉体回収装置および粉体回収装置の制御方法を提供することができる。

本開示の一実施形態に係るバイオマスガス化設備を示した概略構成図である。 図１に示す集塵設備の系統構成を示した概略構成図である。 本実施形態の集塵設備の制御方法を示すフローチャートである。 加圧動作および減圧動作の繰り返しを実行する時間と冷却ホッパ内のチャーの温度の関係を示すグラフである。 加圧動作および減圧動作の繰り返しを実行する時間と冷却ホッパ内のガスの希釈率との関係を示すグラフである。 第２内部圧力に対する第１内部圧力の圧力比と、冷却ホッパの内部のチャーの冷却時間との関係を示すグラフである。

以下に、本開示の一実施形態に係るバイオマスガス化設備１０について、図１を用いて説明する。本実施形態に係るバイオマスガス化設備１０は、バイオマス燃料を部分燃焼させてガス化することで、可燃性のバイオマスガスを生成する装置である。バイオマス燃料とは、再生可能な生物由来の有機性資源であり、例えば、間伐材、廃木材、流木、草類、廃棄物、汚泥及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などであり、ここに提示したものに限定されることはない。バイオマス燃料は、バイオマスの成育過程において二酸化炭素を取り込むことから、地球温暖化ガスとなる二酸化炭素を排出しないカーボンニュートラルとされるため、その利用が種々検討されている。

図１に示すように、バイオマスガス化設備１０は、バイオマスガスを生成するバイオマスガス化炉１１と、バイオマスガス化炉１１から排出されたバイオマスガスが導かれる高温合成ガスクーラー１２（高温ＳＧＣ：Synthesis Gas Cooler）と、バイオマスガスに含まれるチャー（未燃炭素及び灰が主成分）を回収するチャー回収設備３０と、回収されたチャーを冷却するチャークーラー（熱交換部）１６と、チャーが除去されたバイオマスガスが導かれる低温合成ガスクーラー１４（低温ＳＧＣ）と、低温合成ガスクーラー１４へ導かれるガス化剤を予熱する給水予熱部１７と、バイオマスガスから不純物を取り除くスクラバ１８と、制御部９０と、を備えている。

バイオマスガス化炉１１は、バイオマス供給部１９によって供給されるバイオマス燃料をガス化することで、バイオマスガスを生成する。バイオマス供給部１９は、バイオマス燃料をバイオマスガス化炉１１まで搬送するとともに、バイオマス燃料をバイオマスガス化炉１１へ投入するフィーダ（図示省略）を有している。

バイオマスガス化炉１１で生成されたバイオマスガスは、第１バイオマスガスラインＬ１を介して高温合成ガスクーラー１２へ導かれる。バイオマスガス化炉１１には、酸素ラインＬ１７が接続されている。酸素ラインＬ１７は、酸素供給装置（図示省略）から供給される酸素が流通している。

高温合成ガスクーラー１２及び低温合成ガスクーラー１４は、バイオマスガスと給水又は蒸気（ガス化剤）とを熱交換する。高温合成ガスクーラー１２及び低温合成ガスクーラー１４は、バイオマスガス化炉１１で生成されたバイオマスガスの熱を利用して、バイオマスガス化炉１１へガス化剤として導かれる蒸気を加熱するとともに、バイオマスガスを冷却する。高温合成ガスクーラー１２から排出されたバイオマスガスは、第２バイオマスガスラインＬ２を介して、チャー回収設備３０の集塵設備３１に導かれる。低温合成ガスクーラー１４から排出されたバイオマスガスは、第４バイオマスガスラインＬ４を介して、スクラバ１８へ導かれる。

チャー回収設備３０は、バイオマスガスを通過させるとともに、通過するバイオマスガスに含まれるチャーを回収する。チャー回収設備３０は、集塵設備（粉体回収装置）３１と供給ホッパ３２とを備える。集塵設備３１は、バイオマスガス化炉１１で生成された生成ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離されたバイオマスガス（生成ガス）は、第３バイオマスガスラインＬ３を介して、低温合成ガスクーラー１４に送られる。チャー回収設備３０の詳細については後述する。

集塵設備３１で分離されたチャーは、第１チャーラインＬ６を介して、供給ホッパ３２へ導かれる。供給ホッパ３２に貯留されたチャーは、所定のタイミングで供給ホッパ３２の出口から排出され、第２チャーラインＬ７を介して、チャークーラー１６へ導かれる。

チャークーラー１６は、補給水によってチャーを冷却する。補給水供給装置（図示省略）から第１補給水ラインＬ９を介してチャークーラー１６へ補給水（ガス化剤）が導かれる。冷却されたチャーは、第３チャーラインＬ８を介して、系外へ排出される。チャークーラー１６には、補給水供給装置（図示省略）から常温の補給水が供給される。補給水は、チャークーラー１６を含む複数の機器で加熱された後に、第２補給水ラインＬ１０を介して、バイオマス供給部１９へ導かれる。バイオマス供給部１９で加熱された補給水は、バイオマス供給部１９と給水ラインとを接続する第３補給水ラインＬ１１を介して、第１給水ラインＬ１２へ導かれる。

給水予熱部１７は、熱媒体によって給水を加熱する。給水予熱部１７には、給水供給装置（図示省略）から常温の給水が供給される。給水予熱部１７において給水は、熱媒体との熱交換で加熱され一部又は全部が蒸気となる。給水は、低温合成ガスクーラー１４にて結露や不純物の析出の観点から支障が無い温度まで加熱される。給水予熱部１７から排出された蒸気は、第１蒸気ラインＬ１３を介して、低温合成ガスクーラー１４へ導かれる。低温合成ガスクーラー１４で加熱された蒸気は、第２蒸気ラインＬ１４を介して、高温合成ガスクーラー１２へ導かれる。

スクラバ１８は、バイオマスガスに含まれる不純物（例えば、タール分やアンモニア等）を除去する。スクラバ１８で除去された不純物と余剰水蒸気は、スクラバ水とともに排水として排水ラインＬ１８を介して系外へ排出される。不純物と余剰水蒸気が除去されたバイオマスガスは、スクラバ１８から排出され、第５バイオマスガスラインＬ５を介して後流設備へ導かれる。後流設備とは、一例として、バイオジェット燃料などの液体燃料合成設備等が挙げられる。

制御部９０は、チャー回収設備３０を含むバイオマスガス化設備１０の各部を制御する装置である。

次に、本実施形態の集塵設備３１について詳細に説明する。図２は、図１に示す集塵設備３１の系統構成を示した概略構成図である。図２に示すように集塵設備３１は、生成ガスフィルタ（粉体分離部）３１Ａと、冷却ホッパ（第１回収部）３１Ｂと、排出ホッパ３１Ｃと、第１排出弁（第１開閉弁）３１Ｄと、第２排出弁（第２開閉弁）３１Ｅと、加圧部３１Ｆと、減圧部３１Ｇと、温度センサ（検出部）３１Ｈと、第１レベルセンサ３１Ｉと、第２レベルセンサ３１Ｊと、を備える。図２に示すように、鉛直方向の上方から順に、生成ガスフィルタ３１Ａと、冷却ホッパ３１Ｂと、排出ホッパ３１Ｃとが配置される。

生成ガスフィルタ３１Ａは、高温合成ガスクーラー１２から第２バイオマスガスラインＬ２を介して生成ガス（処理対象ガス）が導入され、生成ガスからチャー（バイオマス燃料の未反応分と灰分を含む粉体）を分離して回収する装置である。生成ガスフィルタ３１Ａに供給される生成ガスは、例えば、３００℃以上かつ５００℃以下の範囲の温度である。

生成ガスフィルタ３１Ａは、容器３１Ａａ内にフィルタ３１Ａｂを備えている。フィルタ３１Ａｂは、細孔を多数有するフィルタであり、例えばセラミックス製や焼結金属製である。フィルタ３１Ａｂは、例えば円筒形状であり、鉛直方向に軸線を有して並列に複数設けられている。フィルタ３１Ａｂによって容器３１Ａａ内の空間が上下に仕切られており、下方空間３１Ａｃがチャーを含む生成ガスが流入する濾過前の空間となり、上方空間３１Ａｄが濾過後の空間となる。

生成ガスフィルタ３１Ａの下方空間３１Ａｃには、チャーを含む生成ガスを導く第２バイオマスガスラインＬ２が接続されている。生成ガスフィルタ３１Ａの上方空間３１Ａｄには、チャーを分離した後の生成ガスを低温合成ガスクーラー１４へと導く第３バイオマスガスラインＬ３が接続されている。

生成ガスフィルタ３１Ａには、逆洗装置３１Ａｅが設けられている。逆洗装置３１Ａｅは、フィルタ３１Ａｂを逆洗して、フィルタ３１Ａｂの下方空間３１Ａｃ側の表面などに付着したチャーを下部へ払い落とすための逆洗ガスをパルス的（例えば０．５秒間隔）に上方空間３１Ａｄ側から下方空間３１Ａｃ側に向けて噴射する。逆洗ガスとしては、窒素などの不活性ガスが用いられる。

冷却ホッパ３１Ｂは、生成ガスフィルタ３１Ａから排出されるチャーを一時的に回収するとともに冷却し、排出ホッパ３１Ｃへ排出する装置である。冷却ホッパ３１Ｂは、導入ライン（導入部）３１Ｂａと、回収容器３１Ｂｂと、排出ライン（排出部）３１Ｂｃと、を有する。導入ライン３１Ｂａは、生成ガスフィルタ３１Ａにより生成ガスから分離されたチャーを回収容器３１Ｂｂへ導入する配管である。回収容器３１Ｂｂは、導入ライン３１Ｂａから導入されるチャーを一時的に回収する容器である。排出ライン３１Ｂｃは、回収容器３１Ｂｂに回収されたチャーを排出ホッパ３１Ｃへ排出する配管である。

排出ホッパ３１Ｃは、冷却ホッパ３１Ｂから排出されるチャーを一時的に回収し、供給ホッパ３２へ供給する装置である。排出ホッパ３１Ｃは、回収容器３１Ｃａと、ロータリフィーダ３１Ｃｂと、排出ライン３１Ｃｃと、を有する。回収容器３１Ｃａは、排出ライン３１Ｂｃから導入されるチャーを一時的に回収する容器である。ロータリフィーダ３１Ｃｂは、モータの駆動力により回転することにより回収容器３１Ｃａから排出ライン３１Ｃｃへチャーを導く装置である。排出ライン３１Ｃｃは、回収容器３１Ｃａに回収されたチャーを供給ホッパ３２へ供給する配管である。

第１排出弁３１Ｄは、導入ライン３１Ｂａに配置され、生成ガスフィルタ３１Ａの容器３１Ａａの内部空間と冷却ホッパ３１Ｂの回収容器３１Ｂｂの内部空間とを連通させる開状態と、生成ガスフィルタ３１Ａの容器３１Ａａの内部空間と冷却ホッパ３１Ｂの回収容器３１Ｂｂの内部空間とを連通させない閉状態とを切り替える開閉弁である。

第２排出弁３１Ｅは、排出ライン３１Ｂｃに配置され、冷却ホッパ３１Ｂの回収容器３１Ｂｂの内部空間と排出ホッパ３１Ｃの回収容器３１Ｃａの内部空間とを連通させる開状態と、冷却ホッパ３１Ｂの回収容器３１Ｂｂの内部空間と排出ホッパ３１Ｃの回収容器３１Ｃａの内部空間とを連通させない閉状態とを切り替える開閉弁である。

加圧部３１Ｆは、冷却ホッパ３１Ｂの回収容器３１Ｂｂへ加圧用ガスを供給して回収容器３１Ｂｂの内部空間を加圧する加圧動作を実行する装置である。加圧部３１Ｆは、加圧用ガス供給源３１Ｆａと、開閉弁３１Ｆｂと、を有する。開閉弁３１Ｆｂは、加圧用ガス供給源３１Ｆａから回収容器３１Ｂｂに加圧用ガスを供給する開状態と加圧用ガス供給源３１Ｆａから回収容器３１Ｂｂに加圧用ガスを供給しない閉状態とを切り替える。

加圧用ガスは、例えば、窒素ガスであるが、他の不活性ガスを用いてもよい。例えば、酸素濃度が１０％以下でチャーとの接触によりチャーが酸化して発熱することのないガスを用いることができる。図２に示すように、加圧部３１Ｆは、冷却ホッパ３１Ｂの回収容器３１Ｂｂの下方側のチャーが回収される回収領域３１Ｂｄに加圧用ガスを導入し、回収領域３１Ｂｄに存在するチャーを攪拌する。

減圧部３１Ｇは、冷却ホッパ３１Ｂの回収容器３１Ｂｂから加圧用ガスを外部へ排出して回収容器３１Ｂｂの内部空間を減圧する減圧動作を実行する装置である。減圧部３１Ｇは、フィルタ３１Ｇａと、排出ライン３１Ｇｂと、開閉弁３１Ｇｃと、オリフィス３１Ｇｄと、を有する。減圧部３１Ｇは、回収容器３１Ｂｂの内部空間が大気圧より高く加圧された加圧状態で開閉弁３１Ｇｃを閉状態から開状態へ切り替えることにより、回収容器３１Ｂｂから排出ライン３１Ｇｂを介して加圧用ガスを排出する。

なお、回収容器３１Ｂｂに回収されたチャーの細孔内部には、生成ガス（可燃性ガス）が含まれている場合がある。このような場合には、回収容器３１Ｂｂから外部（例えば、大気中）へ排出される加圧用ガスが可燃性ガスを含んだものとなるが、加圧用ガスにより環境基準値以下且つ可燃範囲以下にまで希釈されているため、周辺環境を汚染させることが抑制される。また、加圧用ガスに含まれる可燃性ガスを処理するために、排出ライン３１Ｇｂをグランドフレアやフレアスタック等の処理装置（図示略）に接続し、可燃性ガスを燃焼させるようにしてもよい。

フィルタ３１Ｇａは、細孔を多数有するフィルタであり、例えばセラミックス製や焼結金属製である。フィルタ３１Ｇａは、例えば円筒形状である。図２に示す減圧部３１Ｇは単一のフィルタ３１Ｇａを有するものであるが、複数のフィルタ３１Ｇａを有するものとしてもよい。

排出ライン３１Ｇｂは、フィルタ３１Ｇａを通過する際にチャーが除去された加圧用ガスを外部へ導く配管である。排出ライン３１Ｇｂには、開閉弁３１Ｇｃと、オリフィス３１Ｇｄとが設置されている。

開閉弁３１Ｇｃは、回収容器３１Ｂｂの内部空間と外部とを排出ライン３１Ｇｂを介して連通させる開状態と、回収容器３１Ｂｂの内部空間と外部とを排出ライン３１Ｇｂを介して連通させない閉状態とを切り替える装置である。

オリフィス３１Ｇｄは、開閉弁３１Ｇｃを開状態とした場合に排出ライン３１Ｇｂを単位時間当たりに流通する加圧用ガスの流量を制限するための装置である。オリフィス３１Ｇｄは、流路断面積を予め設定された所定値とすることにより、排出ライン３１Ｇｂを単位時間当たりに流通する加圧用ガスの流量の最大値を規定する。

温度センサ３１Ｈは、冷却ホッパ３１Ｂの回収容器３１Ｂｂの回収領域３１Ｂｄに回収されるチャーの温度を検出する装置である。温度センサ３１Ｈは、検出したチャーの温度を制御部９０に伝達する。

第１レベルセンサ３１Ｉは、冷却ホッパ３１Ｂの回収容器３１Ｂｂに回収されるチャーの堆積高さが第１所定高さまで到達しているかどうかを検出するセンサである。第２レベルセンサ３１Ｊは、冷却ホッパ３１Ｂの回収容器３１Ｂｂに回収されるチャーの堆積高さが第１所定高さよりも高い第２所定高さまで到達しているかどうかを検出するセンサである。図２に示す状態では、第１レベルセンサ３１Ｉがチャーの堆積高さが第１所定高さまで到達していることを検出し、第２レベルセンサ３１Ｊがチャーの堆積高さが第２所定高さまで到達していることを検出しない。

次に、本実施形態の集塵設備３１の制御方法について、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態の集塵設備３１の制御方法を示すフローチャートである。図３のフローチャートの各処理は、制御部９０が記憶部（図示略）に記憶された制御プログラムにより実行される。制御部９０は、図３に示すフローチャートの各処理において、第１排出弁３１Ｄと、第２排出弁３１Ｅと、加圧部３１Ｆと、減圧部３１Ｇとを制御する。

ステップＳ１０１で、制御部９０は、排出ライン３１Ｂｃに設置された第２排出弁３１Ｅを閉状態とするよう第２排出弁３１Ｅを制御する。第２排出弁３１Ｅが閉状態である場合、冷却ホッパ３１Ｂと排出ホッパ３１Ｃとが連通しない状態となる。

ステップＳ１０２で、制御部９０は、導入ライン３１Ｂａに設置された第１排出弁３１Ｄを開状態とするよう第１排出弁３１Ｄを制御する。第１排出弁３１Ｄが開状態である場合、生成ガスフィルタ３１Ａと冷却ホッパ３１Ｂとが連通する状態となり、生成ガスフィルタ３１Ａから冷却ホッパ３１Ｂにチャーが供給される。

ステップＳ１０３で、制御部９０は、ステップＳ１０２で第１排出弁３１Ｄを開状態としてから所定時間が経過したことに応じて、導入ライン３１Ｂａに設置された第１排出弁３１Ｄを閉状態とするよう第１排出弁３１Ｄを制御する。第１排出弁３１Ｄが閉状態である場合、生成ガスフィルタ３１Ａと冷却ホッパ３１Ｂとが連通しない状態となり、生成ガスフィルタ３１Ａから冷却ホッパ３１Ｂへのチャーの供給が停止される。

ステップＳ１０４で、制御部９０は、冷却ホッパ３１Ｂに回収されるチャーが回収容器３１Ｂｂに堆積する堆積高さが第２所定高さ以上であるかどうかを判定し、堆積高さが第２所定高さ以上である場合はステップＳ１０５に処理を進める。制御部９０は、第２レベルセンサ３１Ｊがチャーの堆積高さが第２所定高さまで到達していることを検出する場合に、ステップＳ１０４でＹＥＳと判定する。制御部９０は、ステップＳ１０４でＮＯと判定した場合はステップＳ１０４でＹＥＳと判定されるまでステップＳ１０２およびステップＳ１０３の処理を繰り返す。

ステップＳ１０５で、制御部９０は、第１排出弁３１Ｄおよび第２排出弁３１Ｅを閉状態にして回収容器３１Ｂｂに閉空間を形成し、回収容器３１Ｂｂへ加圧用ガスを供給して回収容器３１Ｂｂの内部空間を加圧する加圧動作を実行する。制御部９０は、回収容器３１Ｂｂの内部空間の圧力が大気圧よりも高い第１内部圧力に到達するまで開閉弁３１Ｆｂを開状態とし、回収容器３１Ｂｂの内部空間の圧力が第１内部圧力に到達したことに応じて開閉弁３１Ｆｂを閉状態とする。

制御部９０は、例えば、圧力センサ（図示略）で回収容器３１Ｂｂの内部空間の圧力を検出して回収容器３１Ｂｂの内部空間の圧力が第１内部圧力に到達したかどうかを判定する。制御部９０は、回収容器３１Ｂｂの内部空間の圧力が大気圧から第１内部圧力に到達するまでに開閉弁３１Ｆｂを開状態とすべき設定時間を予め設定しておき、開閉弁３１Ｆｂを開状態としてから設定時間が経過したことにより回収容器３１Ｂｂの内部空間の圧力が第１内部圧力に到達したと判定してもよい。

ステップＳ１０６で、制御部９０は、第１排出弁３１Ｄおよび第２排出弁３１Ｅを閉状態にして回収容器３１Ｂｂに閉空間を形成し、回収容器３１Ｂｂから加圧用ガスを排出して回収容器３１Ｂｂの内部空間を減圧する減圧動作を実行する。制御部９０は、回収容器３１Ｂｂの内部空間の圧力が第１内部圧力から第１内部圧力よりも低い第２内部圧力（例えば、大気圧）に到達するまで開閉弁３１Ｇｃを開状態とし、回収容器３１Ｂｂの内部空間の圧力が第２内部圧力に到達したことに応じて開閉弁３１Ｇｃを閉状態とする。

制御部９０は、例えば、圧力センサ（図示略）で回収容器３１Ｂｂの内部空間の圧力を検出して回収容器３１Ｂｂの内部空間の圧力が第２内部圧力に到達したかどうかを判定する。制御部９０は、回収容器３１Ｂｂの内部空間の圧力が第１内部圧力から第２内部圧力に到達するまでに開閉弁３１Ｇｃを開状態とすべき設定時間を予め設定しておき、開閉弁３１Ｇｃを開状態としてから設定時間が経過したことにより回収容器３１Ｂｂの内部空間の圧力が第２内部圧力に到達したと判定してもよい。

ステップＳ１０７で、制御部９０は、ステップＳ１０５の加圧動作およびステップＳ１０６の減圧動作をそれぞれＮ回（Ｎは２以上の整数）実行したかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１０８に処理を進め、ＮＯであればステップＳ１０７でＹＥＳと判定されるまでステップＳ１０５の加圧動作およびステップＳ１０６の減圧動作を繰り返す。すなわち、制御部９０は、加圧動作および減圧動作を交互にＮ回ずつ繰り返して実行した後に、ステップＳ１０８へ処理を進める。

ここで、図４および図５を参照して、加圧動作および減圧動作を交互にＮ回ずつ繰り返す理由について説明する。図４は、加圧動作および減圧動作の繰り返しを実行する時間と冷却ホッパ内のチャーの温度の関係を示すグラフである。図５は、加圧動作および減圧動作の繰り返しを実行する時間と冷却ホッパ内のガスの希釈率との関係を示すグラフである。

図４に示す例は、冷却ホッパ３１Ｂで回収されたチャーの初期温度が４２０℃であり、冷却ホッパ３１Ｂの内部空間の容積が２ｍ^２であり、冷却ホッパ３１Ｂで第２所定高さに到達したチャーの重量が５０Ｋｇである場合に、加圧動作を４０秒間、減圧動作を１２０秒間で繰り返した例を示す。図４に示すプロットは、加圧動作を開始するタイミングを示し、プロットの間隔は加圧動作と減圧動作の実行時間である１６０秒である。

図４に示すように、加圧動作と減圧動作を繰り返すことにより、チャーの熱が伝達された加圧用ガスが外部に排出されるため、チャーの温度が漸次降下する。図４に示す例では、加圧動作と減圧動作を１セットとした動作を２１回繰り返すことにより、チャーの温度が４２０℃から自然酸化温度（例えば、１５０℃）未満に降下する。

例えば、冷却ホッパ３１Ｂ内のチャーの冷却後の目標温度を１５０℃未満とする場合、ステップＳ１０７におけるＮとして２１を設定する。制御部９０は、ステップＳ１０５からステップＳ１０７で、冷却ホッパ３１Ｂ内のチャーの温度が１５０℃未満となるように加圧部３１Ｆによる加圧動作と減圧部３１Ｇによる減圧動作とを交互にＮ回繰り返した後に、チャーを冷却ホッパ３１Ｂから排出ホッパ３１Ｃへ排出する。

なお、ステップＳ１０７では、加圧動作および減圧動作をＮ回繰り返すことにより冷却ホッパ３１Ｂ内のチャーの温度を１５０℃未満となったと判定するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、制御部９０は、温度センサ３１Ｈが検出するチャーの温度が１５０℃未満となったことに応じて、加減圧動作を停止してステップＳ１０８に移行し、第２排出弁３１Ｅを開状態にして冷却ホッパ３１Ｂの回収容器３１Ｂｂに回収されたチャーを排出ライン３１Ｂｃから排出するようにしてもよい。

図５に示すように、減圧後に冷却ホッパ３１Ｂ内に残留している加圧用ガスは、新たに加圧部３１Ｆから導入される加圧用ガスにより希釈されるため、加圧動作と減圧動作を繰り返すことにより、希釈率が漸次減少（希釈倍率が漸次増加）する。そのため、加圧動作および減圧動作をＮ回繰り返した後に冷却ホッパ３１Ｂ内に存在する可燃性ガスの濃度は、可燃範囲以下且つ環境基準値以下となり、外部に排出しても発火や汚染を生じさせない程度の濃度となる。

ステップＳ１０８で、制御部９０は、加圧部３１Ｆによる加圧動作と減圧部３１Ｇによる減圧動作とを交互にＮ回繰り返した後に、第２排出弁３１Ｅを開状態にして冷却ホッパ３１Ｂの回収容器３１Ｂｂに回収されたチャーを排出ライン３１Ｂｃから排出ホッパ３１Ｃに排出するよう制御する。

ステップＳ１０９で、制御部９０は、冷却ホッパ３１Ｂに回収されるチャーが回収容器３１Ｂｂに堆積する堆積高さが第１所定高さ未満であるかどうかを判定し、堆積高さが第１所定高さ未満である場合はステップＳ１１０に処理を進める。制御部９０は、第１レベルセンサ３１Ｉがチャーの堆積高さが第１所定高さ未満となっていることを検出する場合に、ステップＳ１０９でＹＥＳと判定する。制御部９０は、ステップＳ１０９でＮＯと判定した場合はステップＳ１０９でＹＥＳと判定されるまでステップＳ１０９の処理を繰り返す。

ステップＳ１１０で、制御部９０は、冷却ホッパ３１Ｂに回収されるチャーが回収容器３１Ｂｂに堆積する堆積高さが第１所定高さ未満となったため、第２排出弁３１Ｅを閉状態にして冷却ホッパ３１Ｂの回収容器３１Ｂｂから排出ホッパ３１Ｃへのチャーの排出を停止するよう制御する。制御部９０は、ステップＳ１１０の実行後に本フローチャートの処理を終了させる。

ここで、ステップＳ１０５の加圧動作における第１内部圧力について説明する。第１内部圧力は、第２内部圧力の２０倍以下に設定するのが好ましい。図６は、第２内部圧力に対する第１内部圧力の比である圧力比（第１内部圧力／第２内部圧力）と、冷却ホッパ３１Ｂの内部のチャーの冷却時間との関係を示すグラフである。冷却時間とは、冷却ホッパ３１Ｂの内部のチャーが初期温度である４２０℃から１５０℃まで降下するのに要する時間である。

図６に示すように、圧力比が２０を超える領域では、圧力比を上昇させたとしても冷却時間に殆ど変化がない。したがって、圧力比を２０より大きくすることは、冷却時間を短縮することへの影響が殆ど無い。そのため、本実施形態において、第１内部圧力は、第２内部圧力の２０倍以下に設定する。

本実施形態では、加圧部３１Ｆによる加圧動作と減圧部３１Ｇによる減圧動作に繰り返しにより、チャーから加圧用ガスへの熱伝達と、熱伝達された加圧用ガスの排出によりチャーを冷却している。１回の加圧動作と１回の減圧動作を実行する前のチャーの温度をＴ１とし、１回の加圧動作と１回の減圧動作を実行した後のチャーの温度をＴ２とすると、Ｔ１とＴ２は以下の式（１）を満たす。加圧用ガスは、窒素ガスとする。

ａ・Ｔ２^２＋ｂ・Ｔ２＋ｃ （１）
ここで、ａ、ｂ、ｃは、以下の式（２），（３），（４）に示す係数である。

ａ＝Ｃｐｍ・Ｇ （２）
ｂ＝ＣｐＮ_２・ρＮ_２・Ｖ・［（Ｐ１－Ｐ２）／Ｐ０］・Ｔｓ－Ｔ１・Ｃｐｍ・Ｇ
（３）
ｃ＝－Ｔ０・ＣｐＮ_２・ρＮ_２・Ｖ・［（Ｐ１－Ｐ２）／Ｐ０］・Ｔｓ （４）

ここで、Ｃｐｍはチャーの比熱［ｋＪ／ｋｇ・Ｋ］であり、Ｇはチャーの重量［ｋｇ］である。また、ＣｐＮ_２は窒素ガスの比熱［ｋＪ／ｋｇ・Ｋ］であり、ρＮ_２は窒素ガスの比重［ｋｇ／ｍ^３］であり、Ｖは冷却ホッパ３１Ｂの内部空間の容積［ｍ^３］であり、Ｐ１は第１内部圧力［ｋＰａ］であり、Ｐ２は第２内部圧力［ｋＰａ］である。また、Ｔｓは標準温度である２７３．１４［Ｋ］であり、Ｔ０は冷却ホッパ３１Ｂに供給される窒素ガスの温度［Ｋ］である。

以上説明した各実施形態に記載の粉体回収装置および粉体回収装置の制御方法は例えば以下のように把握される。
本開示の第１態様に係る粉体回収装置は、加熱された処理対象ガスから粉体を分離して回収する粉体回収装置（３１）であって、前記処理対象ガスが導入されるとともに前記処理対象ガスから前記粉体を分離する粉体分離部（３１Ａ）と、前記粉体分離部により分離された前記粉体が導入される導入部（３１Ｂａ）と、前記導入部から導入される前記粉体を一時的に回収する回収容器（３１Ｂｂ）と、前記回収容器に回収された前記粉体を排出する排出部（３１Ｂｃ）と、を有する第１回収部（３１Ｂ）と、前記導入部に設置される第１開閉弁（３１Ｄ）と、前記排出部に設置される第２開閉弁（３１Ｅ）と、前記回収容器へ加圧用ガスを供給して前記回収容器を加圧する加圧動作を実行する加圧部（３１Ｆ）と、前記回収容器から前記加圧用ガスを外部へ排出して前記回収容器を減圧する減圧動作を実行する減圧部（３１Ｇ）と、前記第１開閉弁と、前記第２開閉弁と、前記加圧部と、前記減圧部とを制御する制御部（９０）と、を備え、前記制御部は、前記第１開閉弁および前記第２開閉弁を閉状態にして前記加圧部による前記加圧動作と前記減圧部による前記減圧動作とを交互に繰り返した後に、前記第２開閉弁を開状態にして前記回収容器に回収された前記粉体を前記排出部から排出するよう制御する。

本開示の第１態様に係る粉体回収装置によれば、粉体分離部で加熱された処理対象ガスから粉体が分離されて第１回収部の導入部に導入され、回収容器に一時的に貯留された後に排出部から排出される。導入部には第１開閉弁が設置され、排出部には第２開閉弁が設置され、第１開閉弁および第２開閉弁を閉状態にすることにより、第１回収部の回収容器に閉空間が形成される。回収容器は、加圧部が加圧動作を実行することにより加圧用ガスで加圧され、減圧部が減圧動作を実行して加圧用ガスを排出することにより減圧される。

本開示の第１態様に係る粉体回収装置によれば、制御部は、第１開閉弁および第２開閉弁を閉状態にして加圧部による加圧動作と減圧部による減圧動作とを交互に繰り返すよう制御する。加圧動作と減圧動作の繰り返しにより、回収容器内で粉体から熱が伝達された加圧用ガスが複数回に渡って置換されて粉体が漸次冷却される。

このように、本開示の第１態様に係る粉体回収装置によれば、別途の冷却器を設けることなく粉体を冷却することができるため、粉体回収装置の設置コストおよび設置スペースの増大を防止することができる。また、回収容器内の加圧用ガスが複数回に渡って置換される際に粉体に吸着した可燃性ガス等が加圧用ガスで希釈化した状態で外部へ排出されるため、発火や外気の汚染を防止することができる。

本開示の第２態様に係る粉体回収装置は、第１態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記制御部は、前記加圧動作により加圧された前記回収容器の第１内部圧力が前記減圧動作により減圧された前記回収容器の第２内部圧力の２０倍以下となるように前記加圧部および前記減圧部を制御する。

本開示の第２態様に係る粉体回収装置によれば、加圧動作により回収容器を加圧することで、回収容器に回収される粉体の冷却と粉体に吸着した可燃性ガス等の希釈化を確実に行うことができる。また、加圧動作により加圧された回収容器の第１内部圧力を減圧動作により減圧された回収容器の第２内部圧力の２０倍以下とすることで、回収容器の第１内部圧力を粉体の冷却や粉体に吸着した可燃性ガス等の希釈化に不要なほど過度に高めないようにすることができる。

本開示の第３態様に係る粉体回収装置は、第１態様または２態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記制御部は、前記粉体の温度が自然酸化温度未満となるように前記加圧部による前記加圧動作と前記減圧部による前記減圧動作とを交互に繰り返した後に、前記第２開閉弁を開状態にして前記回収容器に回収された前記粉体を前記排出部から排出するよう制御する。
本開示の第３態様に係る粉体回収装置によれば、回収容器に回収された粉体の温度が自然酸化温度未満となってから排出されるため、自然酸化温度以上で排出された粉体が大気中で自然酸化することを適切に防止することができる。

本開示の第４態様に係る粉体回収装置は、第３態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記粉体回収装置に回収される前記粉体の温度を検出する検出部（３１Ｈ）を備え、前記制御部は、前記検出部が検出する前記粉体の温度が自然酸化温度未満となったことに応じて、前記第２開閉弁を開状態にして前記回収容器に回収された前記粉体を前記排出部から排出するよう制御する。
本開示の第４態様に係る粉体回収装置によれば、粉体の温度が自然酸化温度未満となったことを検出部で検出したことに応じて、粉体を回収容器から排出することができる。

本開示の第５態様に係る粉体回収装置は、第３態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記制御部は、前記加圧部による前記加圧動作と前記減圧部による前記減圧動作とをそれぞれ所定回数実行した後に、前記第２開閉弁を開状態にして前記回収容器に回収された前記粉体を前記排出部から排出するよう制御する。
本開示の第５態様に係る粉体回収装置によれば、粉体の温度が自然酸化温度未満とするのに必要な加圧動作と減圧動作の繰り返し回数を所定回数とし、加圧動作と減圧動作を所定回数実行した後に自然酸化温度未満となった粉体を回収容器から排出させることができる。

本開示の第６態様に係る粉体回収装置は、第１態様または第２態様において、前記加圧用ガスは、酸素濃度が１０％以下のガスである。
本開示の第６態様に係る粉体回収装置によれば、酸素濃度が１０％以下のガスを回収容器に導入することで、回収容器内でガスと接触した高温の粉体が自然酸化することを確実に防止することができる。

本開示の第７態様に係る粉体回収装置は、第６態様において、前記加圧用ガスは、窒素ガスである。
本開示の第７態様に係る粉体回収装置によれば、窒素ガスを回収容器に導入することで、回収容器内でガスと接触した高温の粉体が自然酸化することを確実に防止することができる。

本開示の第８態様に係る粉体回収装置は、第１態様または第２態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記加圧部は、前記回収容器の下方側の前記粉体が回収される回収領域（３１Ｂｄ）に前記加圧用ガスを導入する。
本開示の第８態様に係る粉体回収装置によれば、回収容器の下方側の粉体が回収される回収領域に加圧用ガスが導入されるため、加圧用ガスにより粉体が攪拌されて粉体の熱を加圧用ガスに効率的に伝達することができる。

本開示の第９態様に係る粉体回収装置の制御方法は、加熱された処理対象ガスから粉体を分離して回収する粉体回収装置の制御方法であって、前記粉体回収装置は、前記処理対象ガスが導入されるとともに前記処理対象ガスから前記粉体を分離する粉体分離部と、前記粉体分離部により分離された前記粉体が導入される導入部と、前記導入部から導入される前記粉体を一時的に回収する回収容器と、前記回収容器に回収された前記粉体を排出する排出部と、を有する第１回収部と、前記導入部に設置される第１開閉弁と、前記排出部に設置される第２開閉弁と、前記回収容器へ加圧用ガスを供給して前記回収容器を加圧する加圧動作を実行する加圧部と、前記回収容器から前記加圧用ガスを外部へ排出して前記回収容器を減圧する減圧動作を実行する減圧部と、を備え、前記第１開閉弁および前記第２開閉弁を閉状態にして前記加圧動作を実行する加圧工程（Ｓ１０５）と、前記第１開閉弁および前記第２開閉弁を閉状態にして前記減圧部による前記減圧動作を実行する減圧工程（Ｓ１０６）と、前記加圧工程と前記減圧工程とを交互に繰り返した後に、前記第２開閉弁を開状態にして前記回収容器に回収された前記粉体を前記排出部から排出する排出工程（Ｓ１０８）と、を備える。

本開示の第９態様に係る粉体回収装置の制御方法によれば、粉体分離部で加熱された処理対象ガスから粉体が分離されて第１回収部の導入部に導入され、回収容器に一時的に貯留された後に排出部から排出される。導入部には第１開閉弁が設置され、排出部には第２開閉弁が設置され、第１開閉弁および第２開閉弁を閉状態にすることにより、第１回収部の回収容器に閉空間が形成される。回収容器は、加圧部が加圧動作を実行することにより加圧用ガスで加圧され、減圧部が減圧動作を実行して加圧用ガスを排出することにより減圧される。

本開示の第９態様に係る粉体回収装置の制御方法によれば、排出工程で、第１開閉弁および第２開閉弁を閉状態にして加圧工程と減圧工程とを交互に繰り返される。加圧動作と減圧動作の繰り返しにより、回収容器内で粉体から熱が伝達された加圧用ガスが複数回に渡って置換されて粉体が漸次冷却される。

このように、本開示の第９態様に係る粉体回収装置の制御方法によれば、別途の冷却器を設けることなく粉体を冷却することができるため、粉体回収装置の設置コストおよび設置スペースの増大を防止することができる。また、回収容器内の加圧用ガスが複数回に渡って置換される際に粉体に吸着した可燃性ガス等が加圧用ガスで希釈化した状態で外部へ排出されるため、発火や外気の汚染を防止することができる。

１０ バイオマスガス化設備
１１ バイオマスガス化炉
１２ 高温合成ガスクーラー
１４ 低温合成ガスクーラー
１６ チャークーラー
１７ 給水予熱部
１８ スクラバ
３０ チャー回収設備
３１ 集塵設備（粉体回収装置）
３１Ａ 生成ガスフィルタ（粉体分離部）
３１Ａａ 容器
３１Ａｂ フィルタ
３１Ａｃ 下方空間
３１Ａｄ 上方空間
３１Ａｅ 逆洗装置
３１Ｂ 冷却ホッパ（第１回収部）
３１Ｂａ 導入ライン（導入部）
３１Ｂｂ 回収容器
３１Ｂｃ 排出ライン（排出部）
３１Ｂｄ 回収領域
３１Ｃ 排出ホッパ（第２回収部）
３１Ｃａ 回収容器
３１Ｃｂ ロータリフィーダ
３１Ｃｃ 排出ライン
３１Ｄ 第１排出弁（第１開閉弁）
３１Ｅ 第２排出弁（第２開閉弁）
３１Ｆ 加圧部
３１Ｆａ 加圧用ガス供給源
３１Ｆｂ 開閉弁
３１Ｇ 減圧部
３１Ｇａ フィルタ
３１Ｇｂ 排出ライン
３１Ｇｃ 開閉弁
３１Ｇｄ オリフィス
３１Ｈ 温度センサ（検出部）
３１Ｉ 第１レベルセンサ
３１Ｊ 第２レベルセンサ
３２ 供給ホッパ
９０ 制御部

Claims (9)

1. 加熱された処理対象ガスから粉体を分離して回収する粉体回収装置であって、
   前記処理対象ガスが導入されるとともに前記処理対象ガスから前記粉体を分離する粉体分離部と、
   前記粉体分離部により分離された前記粉体が導入される導入部と、前記導入部から導入される前記粉体を一時的に回収する回収容器と、前記回収容器に回収された前記粉体を排出する排出部と、を有する第１回収部と、
   前記導入部に設置される第１開閉弁と、
   前記排出部に設置される第２開閉弁と、
   前記回収容器へ加圧用ガスを供給して前記回収容器を加圧する加圧動作を実行する加圧部と、
   前記回収容器から前記加圧用ガスを外部へ排出して前記回収容器を減圧する減圧動作を実行する減圧部と、
   前記第１開閉弁と、前記第２開閉弁と、前記加圧部と、前記減圧部とを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第１開閉弁および前記第２開閉弁を閉状態にして前記加圧部による前記加圧動作と前記減圧部による前記減圧動作とを交互に繰り返した後に、前記第２開閉弁を開状態にして前記回収容器に回収された前記粉体を前記排出部から排出するよう制御する粉体回収装置。
2. 前記制御部は、前記加圧動作により加圧された前記回収容器の第１内部圧力が前記減圧動作により減圧された前記回収容器の第２内部圧力の２０倍以下となるように前記加圧部および前記減圧部を制御する請求項１に記載の粉体回収装置。
3. 前記制御部は、前記粉体の温度が自然酸化温度未満となるように前記加圧部による前記加圧動作と前記減圧部による前記減圧動作とを交互に繰り返した後に、前記第２開閉弁を開状態にして前記回収容器に回収された前記粉体を前記排出部から排出するよう制御する請求項１または請求項２に記載の粉体回収装置。
4. 前記回収容器に回収される前記粉体の温度を検出する検出部を備え、
   前記制御部は、前記検出部が検出する前記粉体の温度が自然酸化温度未満となったことに応じて、前記第２開閉弁を開状態にして前記回収容器に回収された前記粉体を前記排出部から排出するよう制御する請求項３に記載の粉体回収装置。
5. 前記制御部は、前記加圧部による前記加圧動作と前記減圧部による前記減圧動作とをそれぞれ所定回数実行した後に、前記第２開閉弁を開状態にして前記回収容器に回収された前記粉体を前記排出部から排出するよう制御する請求項３に記載の粉体回収装置。
6. 前記加圧用ガスは、酸素濃度が１０％以下のガスである請求項１または請求項２に記載の粉体回収装置。
7. 前記加圧用ガスは、窒素ガスである請求項６に記載の粉体回収装置。
8. 前記加圧部は、前記回収容器の下方側の前記粉体が回収される回収領域に前記加圧用ガスを導入する請求項１または請求項２に記載の粉体回収装置。
9. 加熱された処理対象ガスから粉体を分離して回収する粉体回収装置の制御方法であって、
   前記粉体回収装置は、
   前記処理対象ガスが導入されるとともに前記処理対象ガスから前記粉体を分離する粉体分離部と、
   前記粉体分離部により分離された前記粉体が導入される導入部と、前記導入部から導入される前記粉体を一時的に回収する回収容器と、前記回収容器に回収された前記粉体を排出する排出部と、を有する第１回収部と、
   前記導入部に設置される第１開閉弁と、
   前記排出部に設置される第２開閉弁と、
   前記回収容器へ加圧用ガスを供給して前記回収容器を加圧する加圧動作を実行する加圧部と、
   前記回収容器から前記加圧用ガスを外部へ排出して前記回収容器を減圧する減圧動作を実行する減圧部と、を備え、
   前記第１開閉弁および前記第２開閉弁を閉状態にして前記加圧動作を実行する加圧工程と、
   前記第１開閉弁および前記第２開閉弁を閉状態にして前記減圧部による前記減圧動作を実行する減圧工程と、
   前記加圧工程と前記減圧工程とを交互に繰り返した後に、前記第２開閉弁を開状態にして前記回収容器に回収された前記粉体を前記排出部から排出する排出工程と、を備える粉体回収装置の制御方法。