JP2024070836A - 流動床式ガス化炉 - Google Patents

Abstract

【課題】利便性が高いガスを生成することが可能な流動床式ガス化炉を提供する。【解決手段】流動床式ガス化炉１は、炉内に設けられた炉底板１０Ａに流動媒体を載置して形成された流動層部１０と、炉内における流動層部１０の上方に設けられたフリーボード部１１と、フリーボード部１１における温度を示す温度情報を取得する温度情報取得部１２と、フリーボード部１１における温度が所定の第１設定値となるように、フリーボード部１１に水蒸気を含む第１ガス化剤を供給する第１ガス化剤供給部１３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、流動層部とフリーボード部とを備えた流動床式ガス化炉に関する。

従来、ガス化炉内に充填した珪砂等の流動媒体の下部から流動用ガスを送って流動層を形成し、この流動層上で処理物をガス化処理する流動床式ガス化炉が利用されてきた。このような流動床式ガス化炉に関する技術として、下記に出典を示す特許文献１に記載のものがある。

特許文献１には、流動用ガスによりガス化炉の内部で流動層を形成して燃料をガス化し、可燃性ガスを生成する流動層ガス化装置について記載されている。この流動層ガス化装置では、ガス化炉で生成した可燃性ガスを用いてボイラで生成した蒸気によって、ガス化炉出口の可燃性ガスの一部を吸引し、蒸気と可燃性ガスとを混合した混合ガスを流動用ガスとして、ガス化炉内に供給している。

特開２００６－１３１８２０号公報

特許文献１に記載の流動層ガス化装置では、流動層に対して下方から流動用ガスを供給して、流動層の温度を高めているが、燃焼炉における流動層の上方のフリーボード部の温度管理は行われていない。このため、フリーボード部で生成されるガスの主成分（例えば、水素や一酸化炭素や二酸化炭素等）の割合にバラつきが生じ、ガスの利便性が悪くなる可能性がある。

そこで、生成されるガスの利便性が高い流動床式ガス化炉が求められる。

本発明に係る流動床式ガス化炉の特徴構成は、炉内に設けられた炉底板に流動媒体を載置して形成された流動層部と、前記炉内における前記流動層部の上方に設けられたフリーボード部と、前記フリーボード部における温度を示す温度情報を取得する温度情報取得部と、前記フリーボード部における温度が所定の第１設定値となるように、前記フリーボード部に水蒸気を含む第１ガス化剤を供給する第１ガス化剤供給部と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、流動層部で発生するガスの成分を制御し、流動層部で発生したガスの成分を、効率よくガス化することが可能となる。また、フリーボード部の温度が第１設定値となるように水蒸気を含む第１ガス化剤の供給量を制御すればよいので、制御形態が簡便である。このように、本流動床式ガス化炉によれば、利便性が高いガスを生成することが可能となる。

また、前記水蒸気は、前記炉内で生成されたガスの熱を利用して運転するボイラから供給されると好適である。

このような構成とすれば、ボイラで生成した水蒸気のうち、余った水蒸気を有効利用することが可能となる。また、流動床式ガス化炉で利用する水蒸気を生成するために、専用のボイラを設ける必要がないので、低コストで水蒸気を利用することが可能となる。

また、前記第１ガス化剤は、さらに酸素を含むと好適である。

このような構成とすれば、第１ガス化剤における水蒸気及び酸素の量を増大させることにより、例えば空気中の窒素などの不要な成分を低減することができる。この場合には、第１ガス化剤に含まれる不要な成分が少なくなる分、発生ガス体積が小さくなるため、構成機器のサイズを小さくすることができ、かつ、発生ガスから窒素を除去する装置が不要となる。

また、前記温度情報取得部は、前記流動層部を構成する砂層の温度を示す砂層温度情報を更に取得し、前記砂層の温度が所定の第２設定値となるように、前記流動層部の下方から前記流動層部に水蒸気を含む第２ガス化剤を供給する第２ガス化剤供給部を更に備えると好適である。

このような構成とすれば、第２ガス化剤を流動層部の下方から供給することで、砂層が焼き付かないようにすることができる。したがって、流動層において安定したガス化を行うことが可能となる。

また、前記フリーボード部に、複数の前記第１ガス化剤供給部が設けられていると好適である。

このような構成とすれば、フリーボード部に第１ガス化剤供給部を分散して配置できる。したがって、炉内において局所的に温度が高い部位が形成されることを抑制できるので、炉内でクリンカやスラグ等の発生を抑制することが可能とある。

流動床式ガス化炉を備えたガス化炉制御システム示す図である。 第１ガス化剤の供給量設定マップの一例である。 第２ガス化剤の供給量設定マップの一例である。 流動床式ガス化炉における処理を示す図である。 フリーボード部の温度と炉内で生成されたガスの濃度の関係を示す図である。

流動床式ガス化炉は、木屑や廃プラスチック等の原料を酸素と水蒸気によりガス化し、水素ガスや、一酸化炭素ガスや、メタンやエチレン等の軽質炭化水素ガスを発生する。また、このようなガスには、タールのような重質炭化水素も含まれる。本発明に係る流動床式ガス化炉は、炭化水素ガスの含有量が少ないクリーンなガスを生成することができるように構成される。以下、本実施形態の流動床式ガス化炉１について説明する。

図１は、流動床式ガス化炉１の運転を制御するガス化炉制御システム１００の構成を模式的に示した図である。ガス化炉制御システム１００には、流動床式ガス化炉１、流動床式ガス化炉１の運転を制御する制御ユニット２、及び流動床式ガス化炉１により生成されたガスを利用して運転されるボイラ３が含まれる。

図１に示されるように、流動床式ガス化炉１は、流動層部１０、フリーボード部１１、温度情報取得部１２、第１ガス化剤供給部１３、及び第２ガス化剤供給部１４を備えて構成される。制御ユニット２は、供給量設定部２１、供給量設定マップ記憶部２２、及び供給量制御部２３を備えて構成される。ボイラ３は、ボイラ本体３Ａ、煙道３Ｂ、蒸気弁３Ｃ、過熱器３Ｄ、及びエコノマイザ３Ｅを備えている。制御ユニット２の各機能部は、流動床式ガス化炉１の燃焼に係る処理を行うために、ＣＰＵを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。

流動層部１０は、炉内に設けられた炉底板１０Ａに流動媒体を載置して形成される。炉内とは、流動床式ガス化炉１の内部である。本実施形態では、炉底板１０Ａは、ガス化剤が供給される複数の散気ノズル（不図示）を有しており、且つ、外縁側から中央側に向かって傾斜した状態で構成される。流動媒体とは、流動性の物質であって砂（例えば珪砂）が用いられる。このため、流動層部１０には砂層１０Ｂが構成される。砂層１０Ｂは、約７５０℃～８００℃に加熱され、砂層１０Ｂ上に投入された木屑等を含むバイオマス燃料４を焼却する。また、流動層部１０の下方には、特に燃焼開始時に押込通風装置５から空気が供給される。押込通風装置５からの空気の供給は、流動床式ガス化炉１の流動層部１０の温度が安定すると停止される。また、フリーボード部１１の昇温時には、炉内に第１ガス化剤供給部１３及び空気供給部１５から空気が供給されるが、燃焼が安定すると、流量制御弁４４により空気の供給が停止される。

フリーボード部１１は、炉内における流動層部１０の上方に設けられる。流動床式ガス化炉１は、鉛直方向に沿って設けられ、上述した流動層部１０は炉内における下部側に設けられる。フリーボード部１１は、炉内における流動層部１０の上方の空間が相当する。

温度情報取得部１２は、フリーボード部１１における温度を示す温度情報を取得する。例えば温度情報取得部１２は、フリーボード部１１における温度を測定する温度センサ（例えば熱電対）を用いて構成することが可能である。また、温度情報取得部１２は、フリーボード部１１において複数箇所に亘って設けることで、フリーボード部１１の温度分布を細かく検出することが可能である。本実施形態では、フリーボード部１１において、２つの温度情報取得部１２が設けられる。２つの温度情報取得部１２の一方を温度情報取得部１２Ａとし、他方を温度情報取得部１２Ｂとすると、温度情報取得部１２Ａと温度情報取得部１２Ｂとは、フリーボード部１１において、互いに高さが異なる位置に設けられる。本実施形態では、温度情報取得部１２Ａが温度情報取得部１２Ｂよりも下方に設けられ、一方の温度情報取得部１２Ａが上下方向に配置された一対の第１ガス化剤供給部１３の間（第１ガス化剤供給部１３Ａと第１ガス化剤供給部１３Ｂとの間）に配置され、他方の温度情報取得部１２Ｂが第１ガス化剤供給部１３（第１ガス化剤供給部１３Ｂ）と空気供給部１５との間に配置されている。温度情報取得部１２により取得された温度情報（測定結果）は、供給量設定部２１に伝達される。

また、本実施形態では、温度情報取得部１２は、砂層１０Ｂの温度を示す砂層温度情報を取得する。砂層１０Ｂの温度を測定する温度情報取得部１２は、上述したフリーボード部１１の温度情報を取得する温度情報取得部１２Ａ及び温度情報取得部１２Ｂと区別する場合には、温度情報取得部１２Ｃとして説明する。温度情報取得部１２Ｃによる測定結果（すなわち、砂層温度情報）は、供給量設定部２１に伝達される。

ここで、流動床式ガス化炉１が燃焼を開始すると、上述したように炉内においてガスが生成される。このガスは、少なくとも一部がボイラ３の運転に利用される。ボイラ３のボイラ本体３Ａには、流動床式ガス化炉１からのガスが導入される煙道３Ｂが設けられると共に、脱気処理や薬剤処理が行われた水が供給される。この水は煙道３Ｂに導入されたガスにより加熱され、ボイラ本体３Ａの上方の蒸気弁３Ｃから蒸気（湿り蒸気）として吹き出される。蒸気弁３Ｃから吹き出された蒸気は過熱器３Ｄに導入される。過熱器３Ｄに導入された蒸気は煙道３Ｂから排出されたガスを利用して過熱され、過熱蒸気（乾き蒸気）となる。過熱器３Ｄで利用したガスはエコノマイザ３Ｅに導入され、ボイラ本体３Ａに供給される水の予熱に利用される。

供給量設定部２１は、フリーボード部１１における温度が所定の第１設定値となるように、フリーボード部１１に供給する第１ガス化剤の供給量を設定する。フリーボード部１１に供給する第１ガス化剤とは、上述したように炉内においてクリーンなガスを生成するためにフリーボード部１１に供給されるガスであって、水蒸気を含むガスである。本実施形態では、第１ガス化剤は、さらに酸素を含んで構成される。

本実施形態では、第１ガス化剤を構成する水蒸気は、ボイラ３から吹き出された蒸気を加熱した過熱蒸気が供給される。ここで、過熱蒸気は、数百℃で、且つ、低酸素状態の蒸気である。したがって、このような過熱蒸気をフリーボード部１１に導入することで、温度管理を行うことが可能になると共に、炉内で生成されるガスの酸化を防止することも可能となる。また、フリーボード部１１における温度を所定の温度（第１設定部）に維持することで、クリーンなガスを生成することも可能となる。供給量設定マップ記憶部２２には、現在のフリーボード部１１における温度に対して、フリーボード部１１の温度を第１設定値にすることが可能な第１ガス化剤の供給量が予め記憶されている。

図２には、第１ガス化剤の供給量の設定に用いる供給量設定マップの一例が示される。図２の例では、フリーボード部１１における温度情報取得部１２Ａが設けられている部位の温度ＴＡと、フリーボード部１１における温度情報取得部１２Ｂが設けられている部位の温度ＴＢと、後述する第１ガス化剤供給部１３から供給される第１ガス化剤の供給量との関係が示される。なお、本実施形態では、第１ガス化剤供給部１３は、フリーボード部１１に複数（２つ）、設けられている。そこで、図２では、第１ガス化剤供給部１３による第１ガス化剤の供給量として、２つの第１ガス化剤供給部１３のうちの一方の第１ガス化剤供給部１３Ａによる第１ガス化剤の供給量ＦＡと、２つの第１ガス化剤供給部１３のうちの他方の第１ガス化剤供給部１３Ｂによる第１ガス化剤の供給量ＦＢとが個別に示される。

供給量設定部２１には、フリーボード部１１における温度を示す温度情報として、温度情報取得部１２Ａの測定結果と、温度情報取得部１２Ｂの測定結果とが伝達される。供給量設定部２１は、これらの測定結果に基づいて、供給量設定マップ記憶部２２に記憶されている第１ガス化剤用の供給量設定マップから、第１ガス化剤供給部１３Ａによる第１ガス化剤の供給量ＦＡと、第１ガス化剤供給部１３Ｂによる第１ガス化剤の供給量ＦＢとを設定する。例えば、温度ＴＡがＴ１℃であり、温度ＴＢがＴ２℃である場合には、供給量設定部２１は、供給量ＦＡとしてＡ１を設定し、供給量ＦＢとしてＢ２を設定する。供給量設定部２１により設定された供給量ＦＡを示す情報及び供給量ＦＢを示す情報は、後述する供給量制御部２３に伝達される。

また、本実施形態では、供給量設定部２１は、砂層１０Ｂの温度が所定の第２設定値となるように、砂層１０Ｂに供給する第２ガス化剤の供給量も設定する。砂層１０Ｂに供給する第２ガス化剤とは、砂層１０Ｂの焼き付きを抑制し、炉内においてクリーンなガスを生成するために砂層１０Ｂに供給されるガスであって、水蒸気を含むガスである。本実施形態では、第２ガス化剤も、さらに酸素を含んで構成される。

本実施形態では、第２ガス化剤を構成する水蒸気（蒸気）も、ボイラ３からの過熱蒸気が利用される。供給量設定マップ記憶部２２には、現在の砂層１０Ｂにおける温度に対して、砂層１０Ｂの温度を第２設定値にすることが可能な第２ガス化剤の供給量が予め記憶されている。

図３には、第２ガス化剤の供給量の設定に用いる供給量設定マップの一例が示される。図３の例では、砂層１０Ｂにおける温度情報取得部１２Ｃが設けられている部位の温度ＴＣ、後述する第２ガス化剤供給部１４から供給される第２ガス化剤の供給量との関係が示される。図３では、第２ガス化剤供給部１４による第２ガス化剤の供給量ＦＣとして示される。

供給量設定部２１には、砂層１０Ｂにおける温度を示す温度情報として、温度情報取得部１２Ｃの測定結果が伝達される。供給量設定部２１は、この測定結果に基づいて、供給量設定マップ記憶部２２に記憶されている第２ガス化剤用の供給量設定マップから、第２ガス化剤供給部１４による第２ガス化剤の供給量ＦＣを設定する。例えば、温度ＴＣがＴ３℃である場合には、供給量設定部２１は、供給量ＦＣとしてＣ３を設定する。供給量設定部２１により設定された供給量ＦＣを示す情報は、後述する供給量制御部２３に伝達される。

供給量制御部２３は、第１ガス化剤供給部１３による第１ガス化剤の供給量、及び第２ガス化剤供給部１４により第２ガス化剤の供給量を流量制御弁４０に基づいて制御する。本実施形態では、第１ガス化剤供給部１３Ａの上流側には、流量制御弁４０として、第１ガス化剤供給部１３Ａからフリーボード部１１に供給する第１ガス化剤を構成する水蒸気の流量を制御する流量制御弁４１Ａ及び第１ガス化剤供給部１３Ａからフリーボード部１１に供給する第１ガス化剤を構成する酸素の流量を制御する流量制御弁４１Ｂが設けられる。なお、流量制御弁４１Ａ及び流量制御弁４１Ｂを総称して流量制御弁４１ということもある。

また、第１ガス化剤供給部１３Ｂの上流側には、流量制御弁４０として、第１ガス化剤供給部１３Ｂからフリーボード部１１に供給する第１ガス化剤を構成する水蒸気の流量を制御する流量制御弁４２Ａ及び第１ガス化剤供給部１３Ｂからフリーボード部１１に供給する第１ガス化剤を構成する酸素の流量を制御する流量制御弁４２Ｂが設けられる。なお、流量制御弁４２Ａ及び流量制御弁４２Ｂを総称して流量制御弁４２ということもある。

また、第２ガス化剤供給部１４の上流側には、流量制御弁４０として、第２ガス化剤供給部１４から砂層１０Ｂの下方に供給する第２ガス化剤を構成する水蒸気の流量を制御する流量制御弁４３Ａ及び第２ガス化剤供給部１４から砂層１０Ｂの下方に供給する第２ガス化剤を構成する酸素の流量を制御する流量制御弁４３Ｂが設けられる。なお、流量制御弁４３Ａ及び流量制御弁４３Ｂを総称して流量制御弁４３ということもある。

流量制御弁４０は、夫々、電動弁を用いて構成される。供給量制御部２３は、第１ガス化剤及び第２ガス化剤の供給量が、供給量設定部２１により設定された供給量となるように、これらの電動弁（流量制御弁４０）の開度を調節する。

第１ガス化剤供給部１３は、フリーボード部１１における温度が第１設定値になるように、フリーボード部１１に第１ガス化剤を供給する。本実施形態では、フリーボード部１１に複数の第１ガス化剤供給部１３（第１ガス化剤供給部１３Ａ及び第１ガス化剤供給部１３Ｂ）が設けられている。本実施形態では、第１ガス化剤供給部１３Ａが第１ガス化剤供給部１３Ｂよりも下方に設けられている。また、本実施形態では、フリーボード部１１を水平方向に沿って見て、下方から順に、第１ガス化剤供給部１３Ａ、温度情報取得部１２Ａ、第１ガス化剤供給部１３Ｂ、温度情報取得部１２Ｂの順に設けられる。しかしながら、この順は流動床式ガス化炉１の構成に応じて変更することが可能である。

上述したように、第１ガス化剤供給部１３Ａ及び第１ガス化剤供給部１３Ｂの上流側には、夫々、水蒸気の流量を制御する流量制御弁４１Ａ，４２Ａと、酸素の流量を制御する流量制御弁４１Ｂ,４２Ｂと、が設けられている。この水蒸気の流量を制御する流量制御弁４１Ａ，４２Ａと、酸素の流量を制御する流量制御弁４１Ｂ，４２Ｂと、が、供給量制御部２３により開度が制御され、第１ガス化剤供給部１３Ａ及び第１ガス化剤供給部１３Ｂから水蒸気及び酸素を含む第１ガス化剤が供給される。

第２ガス化剤供給部１４は、砂層１０Ｂの温度が第２設定値になるように、流動層部１０の下方から流動層部１０に第２ガス化剤を供給する。本実施形態では、第２ガス化剤供給部１４は、炉内における炉底板１０Ａよりも下方に設けられている。したがって、第２ガス化剤供給部１４は、炉底板１０Ａに載置される砂層１０Ｂに温度を測定する温度情報取得部１２Ｃよりも下方に設けられる。上述したように、第２ガス化剤供給部１４の上流側には、夫々、水蒸気の流量を制御する流量制御弁４３Ａと、酸素の流量を制御する流量制御弁４３Ｂとが設けられている。この水蒸気の流量を制御する流量制御弁４３Ａと、酸素の流量を制御する流量制御弁４３Ｂとが、供給量制御部２３により開度が制御され、第２ガス化剤供給部１４から水蒸気及び酸素を含む第２ガス化剤が供給される。

このようなフリーボード部１１の温度の測定及び当該温度に応じた第１ガス化剤の供給と、砂層１０Ｂの温度の測定及び当該温度に応じた第２ガス化剤の供給とは、流動床式ガス化炉１の運転時に継続して行われる。したがって、第１ガス化剤及び第２ガス化剤の供給量を入力値とし、フリーボード部１１の温度に対する第１設定値及び砂層１０Ｂの温度に対する第２設定値を目標値として、フリーボード部１１の温度及び砂層１０Ｂの温度を出力値とする、フィードバック制御として構成される。

特に、本流動床式ガス化炉１においては、入力値である第１ガス化剤及び第２ガス化剤の供給量の制御を、目標値であるフリーボード部１１の温度に対する第１設定値及び砂層１０Ｂの温度に対する第２設定値と、出力値であるフリーボード部１１の温度及び砂層１０Ｂの温度とから算定した偏差や、微分値や、積分値に基づいて、ＰＩＤ制御が行われる。これにより、炉内の環境を、自動的にクリーンなガスの生成に適した状態に維持することが可能となる。

次に、図４のフローチャートを用いて、流動床式ガス化炉１における温度制御に係る処理について説明する。

流動床式ガス化炉１が起動されている状態において、温度情報取得部１２Ａ及び温度情報取得部１２Ｂがフリーボード部１１の温度を測定して温度情報を取得する（ステップ＃１）。この温度情報（測定結果）は供給量設定部２１に伝達される。供給量設定部２１は、フリーボード部１１の温度の測定結果が第１設定値（例えば１２００℃）未満であるか否かを判定する。

フリーボード部１１の温度の測定結果が第１設定値未満である場合には（ステップ＃２：Ｙｅｓ）、供給量設定部２１は供給量設定マップ記憶部２２に記憶されているフリーボード部１１の供給量設定用の供給量設定マップに基づいてフリーボード部１１の温度が高くなるように第１ガス化剤の供給量を設定する（ステップ＃３）。一方、フリーボード部１１の温度の測定結果が第１設定値を超える場合には（ステップ＃２：Ｎｏ）、供給量設定部２１は供給量設定マップ記憶部２２に記憶されているフリーボード部１１の供給量設定用の供給量設定マップに基づいてフリーボード部１１の温度が低くなるように第１ガス化剤の供給量を設定する（ステップ＃４）。なお、図４では示していないが、フリーボード部１１の温度の測定結果が第１設定値と等しい場合（例えば１２００℃±５℃以内である場合）には、ステップ＃３及びステップ＃４の処理は行わなくてもよい。

また、ステップ＃２において、フリーボード部１１の温度の測定結果が第１設定値未満である場合には（ステップ＃２：Ｙｅｓ）、例えば酸素の供給量を増やしたり、或いは、水蒸気の供給量を減らしたりするように構成することも可能である。この場合には、酸素の供給量を調整すると（増やすと）、空気比が変わり、ガス組成も変わってしまうため、酸素の供給量の調整よりも水蒸気の供給量の調整を優先的に行うとよい。また、砂層１０Ｂ及びフリーボード部１１の全体としての空気比が、０．２～０．６の範囲内におさまるように調整するとよい。

供給量制御部２３は、上記のように供給量設定部２１により設定された供給量の第１ガス化剤を供給するように、流量制御弁４１及び流量制御弁４２の開度を制御する（ステップ＃５）。

また、第１ガス化剤の供給中又は供給後に、温度情報取得部１２Ｃが砂層１０Ｂの温度を測定して温度情報を取得する（ステップ＃６）。この温度情報（測定結果）は供給量設定部２１に伝達される。供給量設定部２１は、砂層１０Ｂの温度の測定結果が第２設定値（例えば７８０℃）未満であるか否かを判定する。

砂層１０Ｂの温度の測定結果が第２設定値未満である場合には（ステップ＃７：Ｙｅｓ）、供給量設定部２１は供給量設定マップ記憶部２２に記憶されている砂層１０Ｂの供給量設定用の供給量設定マップに基づいて砂層１０Ｂの温度が高くなるように第２ガス化剤の供給量を設定する（ステップ＃８）。一方、砂層１０Ｂの温度の測定結果が第２設定値を超える場合には（ステップ＃７：Ｎｏ）、供給量設定部２１は供給量設定マップ記憶部２２に記憶されている砂層１０Ｂの供給量設定用の供給量設定マップに基づいて砂層１０Ｂの温度が低くなるように第２ガス化剤の供給量を設定する（ステップ＃９）。なお、図４では示していないが、砂層１０Ｂの温度の測定結果が第２設定値と等しい場合（例えば７８０℃±５℃以内である場合）には、ステップ＃８及びステップ＃９の処理は行わなくてもよい。

供給量制御部２３は、上記のように供給量設定部２１により設定された供給量の第２ガス化剤を供給するように、流量制御弁４３の開度を制御する（ステップ＃１０）。

上述したステップ＃１からステップ＃１０に係る一連の処理は、流動床式ガス化炉１において燃焼を終了するまで継続して行われる（ステップ＃１１：Ｎｏ）。流動床式ガス化炉１では、このようなフローチャートに沿って処理が行われ、クリーンなガスを生成することが可能となる。

図５には、フリーボード部１１に温度に応じて生成されるガスの濃度（体積比）の傾向が示される。図５の例では、フリーボード部１１の温度をＴＸからＴＹまで変化させた場合に生成される水素、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、及び炭化水素のガス濃度が示される（ただし、ＴＸ＜ＴＹである）。図５に示されるように、フリーボード部１１の温度が高くなるにつれて、水素、二酸化炭素、及び一酸化炭素のガス濃度が高くなり、メタンや炭化水素のガス濃度が低くなる。このようにフリーボード部１１の温度を制御することで、生成されるガスの濃度を制御することが可能となる。したがって、フリーボード部１１の温度を制御することで、所期のガスを生成することが可能となる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、水蒸気は、炉内で生成されたガスの熱を利用して運転するボイラ３から供給されるとして説明したが、水蒸気は流動床式ガス化炉１のガスを利用するボイラ３とは異なる他のボイラやボイラ以外の装置から供給してもよい。

上記実施形態では、第１ガス化剤及び第２ガス化剤は、さらに酸素を含んで構成されるとして説明したが、第１ガス化剤及び第２ガス化剤は、酸素を含まないように構成することも可能である。

上記実施形態では、温度情報取得部１２は、流動層部１０を構成する砂層１０Ｂの温度を示す砂層温度情報を更に取得し、第２ガス化剤供給部１４は、砂層１０Ｂの温度が所定の第２設定値となるように、流動層部１０の下方から流動層部１０に水蒸気を含む第２ガス化剤を供給するとして説明した。しかしながら、流動床式ガス化炉１は、流動層部１０に第２ガス化剤を供給しないように構成することも可能である。

上記実施形態では、フリーボード部１１に、２つの第１ガス化剤供給部１３が設けられているとして説明したが、フリーボード部１１に、１つの第１ガス化剤供給部１３を設けて構成することも可能であるし、フリーボード部１１に、３つ以上の第１ガス化剤供給部１３を設けて構成することも可能である。

上記実施形態では、第１ガス化剤供給部１３Ａが第１ガス化剤供給部１３Ｂよりも下方に設けられているとして説明した。しかしながら、第１ガス化剤供給部１３Ａが第１ガス化剤供給部１３Ｂよりも上方に設けられていてもよいし、第１ガス化剤供給部１３Ａと第１ガス化剤供給部１３Ｂとを互いに同じ高さの位置に設けてもよい。

上記実施形態では、供給量設定マップ記憶部２２に記憶されているマップを用いて供給量設定部２１が供給量を設定するとして説明した。しかしながら、供給量設定部２１は、マップに代えて例えば数式を利用して供給量を算定してもよいし、数式とは異なるツールを利用して供給量を算定してもよい。

上記実施形態では、供給量設定部２１が、フリーボード部１１の温度の測定結果が第１設定値未満であるか否かを判定する場合において、第１設定値として１２００℃を例示した。しかしながら、第１設定値は１２００℃に限定されるものではなく、流動床式ガス化炉１の規模や構成に応じて、例えば５００℃～１２００℃の範囲において設定することが可能である。

上記実施形態では、供給量設定部２１が、砂層１０Ｂの温度の測定結果が第２設定値未満であるか否かを判定する場合において、第２設定値として７８０℃を例示した。しかしながら、第２設定値は７８０℃に限定されるものではなく、流動床式ガス化炉１の規模や構成に応じて、例えば４００℃～８００℃の範囲において設定することが可能である。

上記実施形態では、流動床式ガス化炉１における温度制御として、供給量制御部２３が、供給量設定部２１により設定された供給量の第１ガス化剤を供給するように、流量制御弁４１及び流量制御弁４２の開度を制御し、供給量設定部２１により設定された供給量の第２ガス化剤を供給するように、流量制御弁４３の開度を制御するとして説明した。しかしながら、流動床式ガス化炉１における温度制御として、例えば、流動床式ガス化炉１の炉頂からの水供給、及び、フリーボード部１１からの熱回収の一方、又は、双方を行うことも可能である。流動床式ガス化炉１の炉頂からの水供給は、流動床式ガス化炉１の頂部に、霧状の水を供給する水供給ユニットを設け、この水供給ユニットから霧状の水を供給することにより行える。一方、フリーボード部１１からの熱回収は、例えばフリーボード部１１の周囲の壁部に水管等を配置してボイラ構造を構成し、水管を流通する水をフリーボード部１１で生じる熱で加熱して蒸気を生成することにより行える。このような炉頂からの水供給やフリーボード部１１における熱回収を行うことにより、流動床式ガス化炉１の温度制御を行うことも可能である。

なお、上記実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態のみに限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

本発明は、流動層部とフリーボード部とを備えた流動床式ガス化炉に用いることが可能である。

１：流動床式ガス化炉
１０：流動層部
１０Ａ：炉底板
１０Ｂ：砂層
１１：フリーボード部
１２：温度情報取得部
１３：第１ガス化剤供給部
１４：第２ガス化剤供給部

Claims (5)

1. 炉内に設けられた炉底板に流動媒体を載置して形成された流動層部と、
   前記炉内における前記流動層部の上方に設けられたフリーボード部と、
   前記フリーボード部における温度を示す温度情報を取得する温度情報取得部と、
   前記フリーボード部における温度が所定の第１設定値となるように、前記フリーボード部に水蒸気を含む第１ガス化剤を供給する第１ガス化剤供給部と、
   を備える流動床式ガス化炉。
2. 前記水蒸気は、前記炉内で生成されたガスの熱を利用して運転するボイラから供給される請求項１に記載の流動床式ガス化炉。
3. 前記第１ガス化剤は、さらに酸素を含む請求項１又は２に記載の流動床式ガス化炉。
4. 前記温度情報取得部は、前記流動層部を構成する砂層の温度を示す砂層温度情報を更に取得し、
   前記砂層の温度が所定の第２設定値となるように、前記流動層部の下方から前記流動層部に水蒸気を含む第２ガス化剤を供給する第２ガス化剤供給部を更に備える請求項１又は２に記載の流動床式ガス化炉。
5. 前記フリーボード部に、複数の前記第１ガス化剤供給部が設けられている請求項１又は２に記載の流動床式ガス化炉。

Images