JP3203255B2 - エネルギー生成のために生物燃料又は屑材料を利用する方法と装置 - Google Patents
エネルギー生成のために生物燃料又は屑材料を利用する方法と装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、請求の範囲第１項の前文に記載される、エ
ネルギーの生成において生物燃料又は屑材料を利用する
方法と装置に関する。
ネルギーの生成において生物燃料又は屑材料を利用する
方法と装置に関する。
エネルギーの生成において使用される化石燃料の一部
を埋め合わせるために、エネルギーの生成に安価な生物
燃料（biofuel）又は屑材料（waste material）を利用
し、それによってエネルギーの生成に際して一般に出る
CO2放出物を減少させる多くの方法が提案されている。
ほとんどの場合、屑材料は１つのやり方又は他の何らか
の方法で処分されなければならない。
を埋め合わせるために、エネルギーの生成に安価な生物
燃料（biofuel）又は屑材料（waste material）を利用
し、それによってエネルギーの生成に際して一般に出る
CO2放出物を減少させる多くの方法が提案されている。
ほとんどの場合、屑材料は１つのやり方又は他の何らか
の方法で処分されなければならない。
低エネルギー燃料で、しかも有害かつ有毒な成分を含
んでいることが多い生物燃料、及び特に屑材料をエネル
ギーの生成に利用するとは簡単ではない。重金属化合物
のような有毒成分は環境上危険な放出物の原因となる可
能性があり、これに対してアルカリ化合物は、特にその
ような材料を燃焼させるとき、技術的な問題を引き起こ
す傾向がある。
んでいることが多い生物燃料、及び特に屑材料をエネル
ギーの生成に利用するとは簡単ではない。重金属化合物
のような有毒成分は環境上危険な放出物の原因となる可
能性があり、これに対してアルカリ化合物は、特にその
ような材料を燃焼させるとき、技術的な問題を引き起こ
す傾向がある。
生物燃料及び屑材料のエネルギー含量が低いことが、
それらをして、一般に、高温、高圧のスチーム又は電気
のようなエネルギーの高効率での生成に不適当なものに
している。また、屑材料の排出量が一定しないこと、そ
の品質に違いがあること、その他同様の制御し難い変動
要素も、屑材料系燃料に専ら頼るエネルギーの生成に諸
々の問題を引き起こす可能性がある。屑材料自体はスチ
ームボイラーに直接導入するには不適当な状態で排出さ
れることが多い。屑材料は、それがボイラーに供給され
る前に乾燥され、破砕され、ペレット化されるか、又は
その他の方法で取り扱われなければならない。それ故、
ガス化器と燃焼器とを組み合わせる色々なやり方が提案
されている。
それらをして、一般に、高温、高圧のスチーム又は電気
のようなエネルギーの高効率での生成に不適当なものに
している。また、屑材料の排出量が一定しないこと、そ
の品質に違いがあること、その他同様の制御し難い変動
要素も、屑材料系燃料に専ら頼るエネルギーの生成に諸
々の問題を引き起こす可能性がある。屑材料自体はスチ
ームボイラーに直接導入するには不適当な状態で排出さ
れることが多い。屑材料は、それがボイラーに供給され
る前に乾燥され、破砕され、ペレット化されるか、又は
その他の方法で取り扱われなければならない。それ故、
ガス化器と燃焼器とを組み合わせる色々なやり方が提案
されている。
生物燃料及び屑材料は、しかし、かなり容易にガス化
され得る。しかし、生物燃料及び屑材料のエネルギー生
成のための利用には、ガス化器とガス浄化器を備える完
全なガス化プラント、及びボイラー、タービン等を備え
る完全な動力プラントがその前提となる。生物燃料又は
屑材料が極く少量しか入手できないときは、そのような
プラントを提供することは経済的に実行できない。
され得る。しかし、生物燃料及び屑材料のエネルギー生
成のための利用には、ガス化器とガス浄化器を備える完
全なガス化プラント、及びボイラー、タービン等を備え
る完全な動力プラントがその前提となる。生物燃料又は
屑材料が極く少量しか入手できないときは、そのような
プラントを提供することは経済的に実行できない。
FI出願第1895/73号、WO−Ａ−81/01713号及びWO−Ａ
−88/05494号明細書においては、生物燃料をグリッド
で、又は流動化ガス化器でガス化し、そして生成したガ
スを、スチーム発生用ボイラーにして、その下部に化石
燃料バーナーを有するそのボイラーに導入することが提
案されている。
−88/05494号明細書においては、生物燃料をグリッド
で、又は流動化ガス化器でガス化し、そして生成したガ
スを、スチーム発生用ボイラーにして、その下部に化石
燃料バーナーを有するそのボイラーに導入することが提
案されている。
もう１件のフィンランド特許出願FI851338号明細書に
おいては、屑木材又は同様の低エネルギー燃料をガス化
し、かくして生成したガスをマルチ−燃料燃焼器中で燃
焼させることが提案されている。更に、微粉砕された可
燃性材料は、ガス燃焼炎中に直接注ぎ込まれる。
おいては、屑木材又は同様の低エネルギー燃料をガス化
し、かくして生成したガスをマルチ−燃料燃焼器中で燃
焼させることが提案されている。更に、微粉砕された可
燃性材料は、ガス燃焼炎中に直接注ぎ込まれる。
更に、WO公開第90/12986号明細書においては、屑材料
を直接接熱交換機中で石炭燃焼プラントからの熱い排気
ガスを用いて乾燥し、そして乾燥で生成したガス混合物
とその屑材料から生成した乾燥固体材料とを共にその石
炭燃焼プリントに供給することが提案されている。その
ガスはその石炭燃焼反応器の底部に、そしてその反応器
中の石炭バーナーの下に導入される。乾燥材料もその反
応器により高レベルの所に供給される。
を直接接熱交換機中で石炭燃焼プラントからの熱い排気
ガスを用いて乾燥し、そして乾燥で生成したガス混合物
とその屑材料から生成した乾燥固体材料とを共にその石
炭燃焼プリントに供給することが提案されている。その
ガスはその石炭燃焼反応器の底部に、そしてその反応器
中の石炭バーナーの下に導入される。乾燥材料もその反
応器により高レベルの所に供給される。
米国特許第4,676,177号に対応するドイツ特許出願DE
36 32534号明細書においては、アルカリ化合物を含
む燃料を流動床ガス化器中で900℃（1652゜F）より低い
温度においてガス化し、そのガス化器中で生成したガス
を燃焼器中で、その煙道ガス中のアルカリ含有物を溶融
させるのに十分に高い温度レベル（＞900℃）で燃焼さ
せることも既に提案されている。そのアルカリ化合物は
これを溶融状態で分離することができ、また浄化された
ガスはこれをボイラーの対流区域で冷却することができ
る。
36 32534号明細書においては、アルカリ化合物を含
む燃料を流動床ガス化器中で900℃（1652゜F）より低い
温度においてガス化し、そのガス化器中で生成したガス
を燃焼器中で、その煙道ガス中のアルカリ含有物を溶融
させるのに十分に高い温度レベル（＞900℃）で燃焼さ
せることも既に提案されている。そのアルカリ化合物は
これを溶融状態で分離することができ、また浄化された
ガスはこれをボイラーの対流区域で冷却することができ
る。
上記の提案された方法は、全て、燃焼器、ボイラー又
はその中のバーナーを、その特別の方法のために、そし
て生物燃料又は屑材料に由来する生成ガスを連続燃焼さ
せるために特に作ることが前提となっているように思わ
れる。その設計のあるものはかなり複雑であるように見
える。
はその中のバーナーを、その特別の方法のために、そし
て生物燃料又は屑材料に由来する生成ガスを連続燃焼さ
せるために特に作ることが前提となっているように思わ
れる。その設計のあるものはかなり複雑であるように見
える。
従って、本発明の１つの目的は、生物燃料又は屑材料
をエネルギーの生成において利用する改良された方法と
装置を提供することである。
をエネルギーの生成において利用する改良された方法と
装置を提供することである。
本発明の目的は、また、スチーム及び／又は電気を高
効率で生成させるために生物燃料又は屑材料を利用する
方法と装置を提供することである。
効率で生成させるために生物燃料又は屑材料を利用する
方法と装置を提供することである。
本発明の目的は、更に、エネルギーの生成においてバ
ーナー装備ボイラーを生物燃料又は屑材料の燃焼のため
に利用する方法と装置を提供することである。
ーナー装備ボイラーを生物燃料又は屑材料の燃焼のため
に利用する方法と装置を提供することである。
本発明の目的は、また更に、生物燃料又は屑材料をエ
ネルギーの生成において、有害な又は有毒な化合物の放
出を最小限に抑えつつ利用する方法と装置を提供するこ
とである。
ネルギーの生成において、有害な又は有毒な化合物の放
出を最小限に抑えつつ利用する方法と装置を提供するこ
とである。
本発明によれば、生物燃料又は屑材料をガス化し、そ
してガス化器で生成したガスをスチームボイラー中で燃
焼させることによる、エネルギーの生成のために生物燃
料又は屑材料を利用する改良された方法と装置が提供さ
れる。この新規な方法と装置は、添付請求の範囲の独立
項に述べられるものによって特徴付けられる。
してガス化器で生成したガスをスチームボイラー中で燃
焼させることによる、エネルギーの生成のために生物燃
料又は屑材料を利用する改良された方法と装置が提供さ
れる。この新規な方法と装置は、添付請求の範囲の独立
項に述べられるものによって特徴付けられる。
本発明の背後にある最も基本的な着想は、 １）生物燃料又は屑材料をガス化するための流動床ガス
化器、及び ２）微粉炭又はオイルを燃焼させるための常用のバーナ
ー装備化石燃料焚きボイラーにして、一般に、ボイラー
下部に微粉炭又はオイルバーナーを備えるそのボイラ
ー、及び上記の微粉炭又はオイルバーナーより上のレベ
ルに配置されている、上記ガス化器中で生成したガスを
燃焼させるための手段 の利用である。
化器、及び ２）微粉炭又はオイルを燃焼させるための常用のバーナ
ー装備化石燃料焚きボイラーにして、一般に、ボイラー
下部に微粉炭又はオイルバーナーを備えるそのボイラ
ー、及び上記の微粉炭又はオイルバーナーより上のレベ
ルに配置されている、上記ガス化器中で生成したガスを
燃焼させるための手段 の利用である。
上記ボイラーは、一般に、微粉炭バーナーを備える。
他の場合は、それらバーナーはオイルバーナーであるこ
とができるが、天然ガスバーナーであってさえよい。ボ
イラーは、生物燃料又は屑材料を普通は燃やせないタイ
プのものである。従って、ボイラーは流動床ボイラーで
はない。微粉炭又はオイルはバーナーで用いられる最も
典型的な燃料であるので、本明細書の残りでは、時に、
石炭又はオイルバーナーについて述べる。しかし、この
ような説明は十分に広い意味のものであって、化石燃料
焚きバーナーを一般に包含することは分かるであろう。
他の場合は、それらバーナーはオイルバーナーであるこ
とができるが、天然ガスバーナーであってさえよい。ボ
イラーは、生物燃料又は屑材料を普通は燃やせないタイ
プのものである。従って、ボイラーは流動床ボイラーで
はない。微粉炭又はオイルはバーナーで用いられる最も
典型的な燃料であるので、本明細書の残りでは、時に、
石炭又はオイルバーナーについて述べる。しかし、この
ような説明は十分に広い意味のものであって、化石燃料
焚きバーナーを一般に包含することは分かるであろう。
生物燃料又は屑材料は、例えばボイラーの煙道ガスか
ら分離された石炭の灰又は他の固体粒状材料の床を持つ
流動床ガス化器中でガス化される。ガス化器中で生成し
た熱い原料ガスは、これを微粉炭焚きボイラーに直接供
給してもよいし、或いは、好ましくは、そのガスを、そ
れよりアルカリ含有物及び重金属含有物を分離するため
に、初めに浄化処理してもよい。
ら分離された石炭の灰又は他の固体粒状材料の床を持つ
流動床ガス化器中でガス化される。ガス化器中で生成し
た熱い原料ガスは、これを微粉炭焚きボイラーに直接供
給してもよいし、或いは、好ましくは、そのガスを、そ
れよりアルカリ含有物及び重金属含有物を分離するため
に、初めに浄化処理してもよい。
その生成ガスは、ボイラーに、その中の主バーナー、
例えば微粉炭又はオイルバーナーより上のレベルに供給
される。ガスが燃焼し、それによってボイラー中に再燃
焼段階が形成されると、そのボイラーの煙道ガス中のNO
x含量は低下する。
例えば微粉炭又はオイルバーナーより上のレベルに供給
される。ガスが燃焼し、それによってボイラー中に再燃
焼段階が形成されると、そのボイラーの煙道ガス中のNO
x含量は低下する。
本発明の１つの好ましい態様によれば、それによっ
て、常用の微粉炭焚きボイラーでのエネルギーの高効率
生成、即ち高温、高圧のスチームと電気の生成のために
生物燃料又は屑材料を利用することを可能にする方法と
装置が提供される。
て、常用の微粉炭焚きボイラーでのエネルギーの高効率
生成、即ち高温、高圧のスチームと電気の生成のために
生物燃料又は屑材料を利用することを可能にする方法と
装置が提供される。
大型の微粉炭焚きボイラーは、通常、その内部に再加
熱部を有し、電気を非常に高い効率で生成させる流通
（flow−through）型のものである。本発明の１つの重
要な面によれば、生物燃料又は屑材料をまずガス化し、
次いで主に常用の高効率ボイラー中で燃焼させるとき、
その生物燃料又は屑材料からも電気を高効率で生成させ
ることができる。
熱部を有し、電気を非常に高い効率で生成させる流通
（flow−through）型のものである。本発明の１つの重
要な面によれば、生物燃料又は屑材料をまずガス化し、
次いで主に常用の高効率ボイラー中で燃焼させるとき、
その生物燃料又は屑材料からも電気を高効率で生成させ
ることができる。
本発明は、ボイラー中で燃焼せしめられる微粉炭又は
オイルの一部を生物燃料又は屑材料のようなもっと安価
な燃料材料から誘導されるガスで置換する手段を提供す
る。このガスによりもたらされるエネルギーは、総エネ
ルギー生成量の５〜35％に相当するだろう。もっと小型
のボイラーでは、このパーセンテージは更に高くなる。
化石燃料である石炭又はオイルの再生型燃料によるこの
置換は、地中規模での予想で、その置換に対応してCO2
放出物を減少させる。
オイルの一部を生物燃料又は屑材料のようなもっと安価
な燃料材料から誘導されるガスで置換する手段を提供す
る。このガスによりもたらされるエネルギーは、総エネ
ルギー生成量の５〜35％に相当するだろう。もっと小型
のボイラーでは、このパーセンテージは更に高くなる。
化石燃料である石炭又はオイルの再生型燃料によるこの
置換は、地中規模での予想で、その置換に対応してCO2
放出物を減少させる。
ガスバーナーが装備されている微粉炭焚きボイラー
は、本発明で提案されているように、ほとんどの用途
で、必要とされるなら、微粉炭を専ら燃焼させるために
も使用することができる。ボイラーには、ボイラーを通
常の方法で使用するのを不可能にしてしまうそのような
基本的な変更は普通加える必要がない。本発明は、マル
チ燃料エネルギーの生成用に、ボイラーを、所望とされ
るときに、連続的に又は間欠的に利用する手段を提供す
るだけである。
は、本発明で提案されているように、ほとんどの用途
で、必要とされるなら、微粉炭を専ら燃焼させるために
も使用することができる。ボイラーには、ボイラーを通
常の方法で使用するのを不可能にしてしまうそのような
基本的な変更は普通加える必要がない。本発明は、マル
チ燃料エネルギーの生成用に、ボイラーを、所望とされ
るときに、連続的に又は間欠的に利用する手段を提供す
るだけである。
本発明を利用する現存の動力プラントでは、主に、ガ
ス化器の現存装置に加えて、多分、ガスの浄化、冷却手
段及びガスと灰の移送手段が必要とされる。これに対し
て、エネルギーを生物燃料又は屑材料から専ら生成せし
めるべき方法では、ガス化プラントと、それとは別の完
全なボイラープラントを両方とも建造することが必要に
なる。比較的小型のボイラープラントであっても、その
ようなことは非常にコスト高の投資に至るものである。
ス化器の現存装置に加えて、多分、ガスの浄化、冷却手
段及びガスと灰の移送手段が必要とされる。これに対し
て、エネルギーを生物燃料又は屑材料から専ら生成せし
めるべき方法では、ガス化プラントと、それとは別の完
全なボイラープラントを両方とも建造することが必要に
なる。比較的小型のボイラープラントであっても、その
ようなことは非常にコスト高の投資に至るものである。
そのような小型ボイラープラントの効率は、通常、大
型の石炭焚きボイラープラントの効率よりかなり低い。
屑材料にのみ頼る大型ボイラーを正当なものにするため
に、屑材料を長い距離移送することも経済的には実行で
きないだろう。
型の石炭焚きボイラープラントの効率よりかなり低い。
屑材料にのみ頼る大型ボイラーを正当なものにするため
に、屑材料を長い距離移送することも経済的には実行で
きないだろう。
多くの異なる燃料をガス化器でガス化することがで
き、そしてそのガス化のプロセスは、ガス化器に導入さ
れる空気を不足当量の（sub−stoichiometric）量に制
御することにより、制御可能である。このことで、例え
ば各種の異なる、多少とも湿潤した生物燃料又は屑材料
の使用が可能になる。その水分量は70％と０％の間で変
えることができる。極端に湿潤した材料を用いるとき
は、過剰当量の（over−stoichiometric）量の空気を用
いなければならないだろう。これは、勿論、効率の低下
をもたらす。
き、そしてそのガス化のプロセスは、ガス化器に導入さ
れる空気を不足当量の（sub−stoichiometric）量に制
御することにより、制御可能である。このことで、例え
ば各種の異なる、多少とも湿潤した生物燃料又は屑材料
の使用が可能になる。その水分量は70％と０％の間で変
えることができる。極端に湿潤した材料を用いるとき
は、過剰当量の（over−stoichiometric）量の空気を用
いなければならないだろう。これは、勿論、効率の低下
をもたらす。
屑材料は、そのままで、普通は、容易にガス化され
る。屑材料はこれを微粉化する必要はなく、むしろ未処
理状態でガス化器に導入することができる。流動床、特
に循環している流動床でのガス化が有利である。ガス化
は、普通、600〜1100℃（1112〜2012゜F）、好ましくは
750〜950℃（1382〜1742゜F）の温度で起こるだろう。
更に低い温度でのガス化は、屑材料を高温で燃焼させる
ときより溶融した灰、その他の粘着性化合物の沈着問題
をより少なくする。
る。屑材料はこれを微粉化する必要はなく、むしろ未処
理状態でガス化器に導入することができる。流動床、特
に循環している流動床でのガス化が有利である。ガス化
は、普通、600〜1100℃（1112〜2012゜F）、好ましくは
750〜950℃（1382〜1742゜F）の温度で起こるだろう。
更に低い温度でのガス化は、屑材料を高温で燃焼させる
ときより溶融した灰、その他の粘着性化合物の沈着問題
をより少なくする。
本発明の更に他の態様によれば、生成ガスをボイラー
に導く前に、その生成ガスからアルカリ成分、Pb、Zn、
Asのような重金属成分、及び、多分他の有害な又は有毒
な成分を分離することによって、煙道ガス放出物を最小
限に抑えることができる。このガスの浄化は、ガスが約
400〜600℃（752〜1112゜F）に冷却される循環型流動床
反応器中で有利に行うことができる。ガスは低過ぎる温
度まで冷却されるべきではない。冷却温度が低過ぎる場
合は、タール又は他の同様の成分（それらは、もしそう
でなければ、ガス状態で燃焼させることができる）は、
ボイラーに導入されないで、凝縮し、生成ガスから分離
される可能性があって、諸々の問題を引き起こすだろ
う。
に導く前に、その生成ガスからアルカリ成分、Pb、Zn、
Asのような重金属成分、及び、多分他の有害な又は有毒
な成分を分離することによって、煙道ガス放出物を最小
限に抑えることができる。このガスの浄化は、ガスが約
400〜600℃（752〜1112゜F）に冷却される循環型流動床
反応器中で有利に行うことができる。ガスは低過ぎる温
度まで冷却されるべきではない。冷却温度が低過ぎる場
合は、タール又は他の同様の成分（それらは、もしそう
でなければ、ガス状態で燃焼させることができる）は、
ボイラーに導入されないで、凝縮し、生成ガスから分離
される可能性があって、諸々の問題を引き起こすだろ
う。
本発明によって達成される更なる利点は、ボイラーに
必要とされる空気の総過剰分が少ないことである。ボイ
ラーの上部で起こるように調整されたガスの燃焼で必要
とされる空気の含有過剰分は、微粉炭をボイラーの下部
で燃焼させるときに必要とされる約15〜20％という過剰
空気に比較して非常に少なく、約５〜10％である。ガス
燃焼ゾーンの中の残留酸素は約１〜2.5％であり、そし
て石炭燃焼ゾーンのそれは約３〜５％である。空気の含
有過剰分を最少にすることと、ガスを800〜1050℃（147
2〜1922゜F）、好ましくは850〜900℃（1562〜1652゜
F）という比較的低い温度で燃焼させることが、ボイラ
ー中でのNOxの生成を最少にする。
必要とされる空気の総過剰分が少ないことである。ボイ
ラーの上部で起こるように調整されたガスの燃焼で必要
とされる空気の含有過剰分は、微粉炭をボイラーの下部
で燃焼させるときに必要とされる約15〜20％という過剰
空気に比較して非常に少なく、約５〜10％である。ガス
燃焼ゾーンの中の残留酸素は約１〜2.5％であり、そし
て石炭燃焼ゾーンのそれは約３〜５％である。空気の含
有過剰分を最少にすることと、ガスを800〜1050℃（147
2〜1922゜F）、好ましくは850〜900℃（1562〜1652゜
F）という比較的低い温度で燃焼させることが、ボイラ
ー中でのNOxの生成を最少にする。
本発明は、ボイラーの上部にこの再燃焼段階、即ちガ
ス燃焼段階を設けることによって、微粉炭の燃焼に由来
するNOx放出物をも減少させる。ガス化器中で生成した
ガスは常に若干のNH3を含んでいる。そのような生成ガ
スをボイラー中の微粉炭バーナーより十分に高い所で燃
焼させるときは、そのガスと共にボイラーの上部に導入
されるNH3が微粉炭の燃焼によってもたらされるNOx成分
と反応する。NH3とNOxとの反応は害のないN2とH2Oを生
成させる。これらの反応は、生成ガスを低温、低過剰空
気含有分で燃焼させることによって助長される。ガスの
強力多段燃焼（strongly staged combusiton）、即ちガ
スの注入レベルより実質的に上のレベルにおいて空気を
導入することも、これらの反応を助長する。多段燃焼は
NH3/NOx反応に有利な不足当量条件をもたらす。
ス燃焼段階を設けることによって、微粉炭の燃焼に由来
するNOx放出物をも減少させる。ガス化器中で生成した
ガスは常に若干のNH3を含んでいる。そのような生成ガ
スをボイラー中の微粉炭バーナーより十分に高い所で燃
焼させるときは、そのガスと共にボイラーの上部に導入
されるNH3が微粉炭の燃焼によってもたらされるNOx成分
と反応する。NH3とNOxとの反応は害のないN2とH2Oを生
成させる。これらの反応は、生成ガスを低温、低過剰空
気含有分で燃焼させることによって助長される。ガスの
強力多段燃焼（strongly staged combusiton）、即ちガ
スの注入レベルより実質的に上のレベルにおいて空気を
導入することも、これらの反応を助長する。多段燃焼は
NH3/NOx反応に有利な不足当量条件をもたらす。
本発明の好ましい態様によれば、ボイラーの煙道ガス
から分離される灰は流動床ガス化器の床材料として用い
ることができる。それによって、ボイラーの灰の含有炭
素は少なくとも部分的にガス化器中で回収、ガス化され
るか、又は、多分生成ガスと共にボイラーに再循環され
る。
から分離される灰は流動床ガス化器の床材料として用い
ることができる。それによって、ボイラーの灰の含有炭
素は少なくとも部分的にガス化器中で回収、ガス化され
るか、又は、多分生成ガスと共にボイラーに再循環され
る。
原料の未浄化、未冷却生成ガスをボイラーに直接供給
すれば、それによって屑材料か、恐らくは石炭の灰に由
来するガス化されていない炭素微粉物もボイラーに注入
され、その中で燃焼せしめられるので、熱損失が減少す
る。石炭の非常に強力な多段燃焼を伴うボイラーでは、
フライアッシュ中の残留石炭材料の量が約５〜15％もの
高水準に達する可能性がある。
すれば、それによって屑材料か、恐らくは石炭の灰に由
来するガス化されていない炭素微粉物もボイラーに注入
され、その中で燃焼せしめられるので、熱損失が減少す
る。石炭の非常に強力な多段燃焼を伴うボイラーでは、
フライアッシュ中の残留石炭材料の量が約５〜15％もの
高水準に達する可能性がある。
本発明によっても、非常に少ない総過剰空気量におい
てガスの燃焼が起こるので、熱損失は勿論減少する。本
発明の主たる利点の１つは、固体の生物燃料又は屑材料
が、常用の微粉炭又はオイル焚きボイラーにより、エネ
ルギーの生成に利用することができること、即ち非常に
高効率でのエネルギーの生成に利用することができると
いうことである。
てガスの燃焼が起こるので、熱損失は勿論減少する。本
発明の主たる利点の１つは、固体の生物燃料又は屑材料
が、常用の微粉炭又はオイル焚きボイラーにより、エネ
ルギーの生成に利用することができること、即ち非常に
高効率でのエネルギーの生成に利用することができると
いうことである。
本発明を図面に示される具体的な態様を参照して更に
詳細に説明する。図面において、 図１は、本発明によるガス化器／ボイラー系の模式図
であり、そして 図２は、本発明によるもう１つのガス化器／ボイラー
系の模式図である。
詳細に説明する。図面において、 図１は、本発明によるガス化器／ボイラー系の模式図
であり、そして 図２は、本発明によるもう１つのガス化器／ボイラー
系の模式図である。
図１は、生物燃料及び／又は屑材料をガス化するため
のガス化器10と、微粉炭又はオイル及びそのガス化器中
で生成した生成ガスを燃焼させるための、そのガス化器
に接続された微粉炭焚きボイラー12を図示、説明するも
のである。ガス化器10は循環式流動床（CFB）ガス化器
であって、その中に固体粒子の循環床を含む。
のガス化器10と、微粉炭又はオイル及びそのガス化器中
で生成した生成ガスを燃焼させるための、そのガス化器
に接続された微粉炭焚きボイラー12を図示、説明するも
のである。ガス化器10は循環式流動床（CFB）ガス化器
であって、その中に固体粒子の循環床を含む。
このCFBガス化器は、ガス化室14、そのガス化室の上
部端、即ちガスの排出端に接続された粒子分離装置16、
及びその粒子分離装置16の下部端をガス化室14の下部端
に接続している戻りダクト18を含む。固体粒子の床は、
ガス化中で、ダクト20を通り、ガス化室14の底を通って
導入される空気のような流動化用ガスによって流動化さ
れる。生物燃料及び／又は屑材料はダクト22を通ってガ
ス化室に導入され、その中の熱い流動床中に瞬間的に混
入される。生物燃料又は屑材料は非微粉砕、非乾燥状態
のものであることができる。底部の灰、粗い固体材料等
を含めて床材料は、ガス化室の底から底部の灰排出用ダ
クト24を通って排出させることができる。生成ガスは分
離装置16からダクト26を通って排出される。ガス化室1
4、分離装置16及び戻りダクト18を通って循環している
床材料はガス化器全体を通じて一様な温度を与え、かつ
ガス化に有利な条件をもたらす。
部端、即ちガスの排出端に接続された粒子分離装置16、
及びその粒子分離装置16の下部端をガス化室14の下部端
に接続している戻りダクト18を含む。固体粒子の床は、
ガス化中で、ダクト20を通り、ガス化室14の底を通って
導入される空気のような流動化用ガスによって流動化さ
れる。生物燃料及び／又は屑材料はダクト22を通ってガ
ス化室に導入され、その中の熱い流動床中に瞬間的に混
入される。生物燃料又は屑材料は非微粉砕、非乾燥状態
のものであることができる。底部の灰、粗い固体材料等
を含めて床材料は、ガス化室の底から底部の灰排出用ダ
クト24を通って排出させることができる。生成ガスは分
離装置16からダクト26を通って排出される。ガス化室1
4、分離装置16及び戻りダクト18を通って循環している
床材料はガス化器全体を通じて一様な温度を与え、かつ
ガス化に有利な条件をもたらす。
ボイラー12は流通式ボイラーであって、石炭と空気
を、３つのレベルの所で、ボイラーの下部端30中の３つ
の異なる石炭燃焼ゾーンに供給する多段微粉炭バーナー
28、28′及び28″を備えている。煙道ガスはボイラーの
頂部からダクト32を通って対流区域34に排出される。そ
の煙道ガスから微粉状の灰が分離され、ダクト36を通っ
て排出される。煙道ガスはダクト38を通って排出され
る。煙道ガスから分離された灰は、これを装置40中で更
に処理することができる。微粉状の炭素を含有する灰
は、ガス化室14の中で循環流動床材料を形成するため
に、装置40からダクト42を通ってガス化室14に供給され
る。
を、３つのレベルの所で、ボイラーの下部端30中の３つ
の異なる石炭燃焼ゾーンに供給する多段微粉炭バーナー
28、28′及び28″を備えている。煙道ガスはボイラーの
頂部からダクト32を通って対流区域34に排出される。そ
の煙道ガスから微粉状の灰が分離され、ダクト36を通っ
て排出される。煙道ガスはダクト38を通って排出され
る。煙道ガスから分離された灰は、これを装置40中で更
に処理することができる。微粉状の炭素を含有する灰
は、ガス化室14の中で循環流動床材料を形成するため
に、装置40からダクト42を通ってガス化室14に供給され
る。
ガス化器10中で生成され、ダクト26を通って排出され
ている熱い原料生成ガスは、インジェクター44を通って
ボイラー12に石炭バーナー28、28′及び28″より上のレ
ベル46の所に供給される。生成ガスの燃焼用空気は、ボ
イラー中で生成ガスの多段燃焼を達成するために、１個
又は複数個のノズル48を通ってガスインジェクター44の
レベル46より上のレベル50の所に導入される。
ている熱い原料生成ガスは、インジェクター44を通って
ボイラー12に石炭バーナー28、28′及び28″より上のレ
ベル46の所に供給される。生成ガスの燃焼用空気は、ボ
イラー中で生成ガスの多段燃焼を達成するために、１個
又は複数個のノズル48を通ってガスインジェクター44の
レベル46より上のレベル50の所に導入される。
石炭燃焼ゾーンから上昇して来る煙道ガス中に含まれ
る残留空気が、生成ガスをその流入レベル46の所で燃焼
させるために利用される。ガス流入レベル46の所では、
不足当量条件が支配的になっており、それによって生成
ガス中のNH3が煙道ガス中のNOxと反応して無害なN2とH2
Oを生成させる。生成ガスは次いでノズル48を通って高
い方のレベル50の所に導入される空気により完全に燃焼
せしめられる。そのガスはここでは比較的低い温度、好
ましくは850〜900℃（1562〜1652゜F）において燃焼せ
しめられる。この比較的低い温度では、空気中の窒素の
NOx形成は、炭素質燃料が燃焼プロセスにおいて高温、
典型的には＞1000℃（1832゜F）で燃焼せしめられるボ
イラーの下部におけるNOxの形成よりはるかに少ない。
る残留空気が、生成ガスをその流入レベル46の所で燃焼
させるために利用される。ガス流入レベル46の所では、
不足当量条件が支配的になっており、それによって生成
ガス中のNH3が煙道ガス中のNOxと反応して無害なN2とH2
Oを生成させる。生成ガスは次いでノズル48を通って高
い方のレベル50の所に導入される空気により完全に燃焼
せしめられる。そのガスはここでは比較的低い温度、好
ましくは850〜900℃（1562〜1652゜F）において燃焼せ
しめられる。この比較的低い温度では、空気中の窒素の
NOx形成は、炭素質燃料が燃焼プロセスにおいて高温、
典型的には＞1000℃（1832゜F）で燃焼せしめられるボ
イラーの下部におけるNOxの形成よりはるかに少ない。
図２は図１と同様のもう１つの系を図示、説明するも
のである。図２の系は、原料生成ガスのボイラーへの導
入に先立つ処理が図１の系とは異なる。図２では、数字
“1"が前に付けられた同じ参照番号がその適用場所に用
いられている。
のである。図２の系は、原料生成ガスのボイラーへの導
入に先立つ処理が図１の系とは異なる。図２では、数字
“1"が前に付けられた同じ参照番号がその適用場所に用
いられている。
図２は、ガス化室114、分離装置116、戻りダクト118
及び生成ガス排出ダクト126を備えるCFBガス化器110、
並びに多段石炭バーナー128、128′及び128″、ガスイ
ンジェクター144及び１個又は複数個の空気ノズル148を
備えるボイラー112を示す。
及び生成ガス排出ダクト126を備えるCFBガス化器110、
並びに多段石炭バーナー128、128′及び128″、ガスイ
ンジェクター144及び１個又は複数個の空気ノズル148を
備えるボイラー112を示す。
CFBガス化器110からダクト126を通って排出される生
成ガスは、CFB冷却器152中で浄化、冷却され、その後に
ダクト154を通り、そしてガスインジェクター144を経由
してボイラー112に供給される。
成ガスは、CFB冷却器152中で浄化、冷却され、その後に
ダクト154を通り、そしてガスインジェクター144を経由
してボイラー112に供給される。
CFBガス冷却器は、反応器室156、分離装置158及び戻
りダクト160を含んで成る循環式流動床反応器を含む。
熱い未浄化の原料生成ガスが流動化用ガスとして反応器
室156の底部162を通って導入される。反応器室の最下端
部は、熱い生成ガスを戻りダクト160を通って反応器室1
56の混合室部に循環された粒子と激しく混合させるため
の混合室をなすものである。生成ガスの冷却粒子の床へ
の混入がそのガスを非常に効率的に冷却する。CFB冷却
器中の床材料はボイラーからダクト142及び142′を通っ
て導入される灰粒子からできていてもよい。
りダクト160を含んで成る循環式流動床反応器を含む。
熱い未浄化の原料生成ガスが流動化用ガスとして反応器
室156の底部162を通って導入される。反応器室の最下端
部は、熱い生成ガスを戻りダクト160を通って反応器室1
56の混合室部に循環された粒子と激しく混合させるため
の混合室をなすものである。生成ガスの冷却粒子の床へ
の混入がそのガスを非常に効率的に冷却する。CFB冷却
器中の床材料はボイラーからダクト142及び142′を通っ
て導入される灰粒子からできていてもよい。
ダクト126を通って反応器室156に導入された生成ガス
流は、固体の床粒子を、その立ち上がり部164を通って
上方に、その反応器室の最上部に接続された排出ダクト
166の方へと移送する。反応器室の混合室部の上の立ち
上がり部の中には熱伝達表面168が配置されており、そ
の反応器室の立ち上がり部を通って上方に流動している
生成ガスと固体床材料の懸濁物を更に冷却するようにな
っている。
流は、固体の床粒子を、その立ち上がり部164を通って
上方に、その反応器室の最上部に接続された排出ダクト
166の方へと移送する。反応器室の混合室部の上の立ち
上がり部の中には熱伝達表面168が配置されており、そ
の反応器室の立ち上がり部を通って上方に流動している
生成ガスと固体床材料の懸濁物を更に冷却するようにな
っている。
ガスの冷却は、アルカリ化合物及び重金属化合物のよ
うなある種の前以て気化された有害成分を床材料粒子上
に凝固させ、従って分離装置158の中で生成ガスから分
離するのが容易になる。また、原料ガス中の粘着性成分
も床材料の上に固着し、そのガスから容易に分離され
る。
うなある種の前以て気化された有害成分を床材料粒子上
に凝固させ、従って分離装置158の中で生成ガスから分
離するのが容易になる。また、原料ガス中の粘着性成分
も床材料の上に固着し、そのガスから容易に分離され
る。
大部分の粒子は冷却、浄化された生成ガスから分離装
置158中で分離される。そのガスは、しかし、図２に示
されるように、更にもう１つのサイクロン170中で浄化
される。即ち、そのサイクロンはフライアッシュ及びア
ルカリ類のような残留微粉材料をその生成ガスから分離
し、その後にその浄化されたガスをガスインジェクター
144を通してボイラー112に導入するのである。
置158中で分離される。そのガスは、しかし、図２に示
されるように、更にもう１つのサイクロン170中で浄化
される。即ち、そのサイクロンはフライアッシュ及びア
ルカリ類のような残留微粉材料をその生成ガスから分離
し、その後にその浄化されたガスをガスインジェクター
144を通してボイラー112に導入するのである。
以上、本発明を、最も実質的かつ好ましい態様である
と現在考えられているものに関連して説明したが、本発
明はこれらの開示された態様には限定されるべきではな
く、それのみならず、添付請求の範囲に記載される発明
の範囲内に含まれる種々の修正態様及び同様の諸配置を
カバーすべく意図されるものであることを理解すべきで
ある。
と現在考えられているものに関連して説明したが、本発
明はこれらの開示された態様には限定されるべきではな
く、それのみならず、添付請求の範囲に記載される発明
の範囲内に含まれる種々の修正態様及び同様の諸配置を
カバーすべく意図されるものであることを理解すべきで
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ２２Ｂ 33/18 Ｆ２２Ｂ 33/18 (56)参考文献 特開 平７−35322（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−121511（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−264019（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−168938（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23G 5/00 - 5/30
Claims (16)
- 【請求項１】エネルギー含量の低い生物燃料若しくは屑
材料又はその両者を流動床ガス化器に導入し、 該流動床ガス化器を、その中で該生物燃料又は屑材料を
ガス化して、原料ガスを生成させるように運転し、そし
て 該原料ガスを流動床のないボイラー中で燃焼させる 工程を含んで成る、エネルギーを生成させるためにエネ
ルギー含量が低い生物燃料若しくは屑材料又はその両者
を利用する方法において、 該流動床ガス化器中で生成した該原料ガスを、化石燃料
バーナーを備えたスチーム発生用ボイラーに導入し、こ
こで該導入工程は該ボイラー中の、該バーナーのレベル
より上のレベルで行われ、そして 該原料ガスを該ボイラー中の該バーナーのレベルより上
の該レベルの所で燃焼させる ことを特徴とする上記の方法。 - 【請求項２】前記ボイラーから排出された煙道ガスから
灰を分離し、 分離された該灰を前記流動床ガス化器に導入し、そして 該ガス化器中の分離された該灰を用いて該ガス化器の固
体粒子の流動床とする更なる工程を特徴とする、請求の
範囲第１項に記載の方法。 - 【請求項３】前記流動床ガス化器からの流出物を分離装
置に進め、 該分離装置中でガスから粒状材料を分離し、 分離された該ガスを前記ボイラーに前記原料ガスとして
進め、そして 分離された該粒状材料を該ガス化器に戻す 更なる工程を含むことを特徴とする、請求の範囲第１項
に記載の方法。 - 【請求項４】前記原料ガスからアルカリ類若しくは金属
成分又はその両者を除去することによって該原料ガスを
浄化し、その後に該原料ガスを前記ボイラーに導入する
更なる工程を特徴とする、請求の範囲第１項に記載の方
法。 - 【請求項５】前記原料ガスから、気化された有害な又は
有毒な成分を凝縮させ、その後に該原料ガスを前記ボイ
ラーに導入する工程を特徴とする、請求の範囲第４項に
記載の方法。 - 【請求項６】前記浄化工程が、原料ガスを、該原料ガス
が前記ガス化器に存在した後、かつ該原料ガスが前記ボ
イラーに導入される前に、石炭灰の床を有する循環式流
動床反応器に通し、通過させる工程を含むことを特徴と
する、請求の範囲第４項に記載の方法。 - 【請求項７】前記原料ガスを前記ボイラー中で燃焼させ
る前記工程が、その燃焼を800〜1050℃（1472〜1922゜
F）の温度で行う工程を含むことを特徴とする、請求の
範囲第１項に記載の方法。 - 【請求項８】前記原料ガスを前記ボイラー中で燃焼させ
る前記工程が、前記ボイラーの総エネルギー生成量の５
〜35％をもたらす量の前記ガスを燃焼させる工程を含む
ことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の方法。 - 【請求項９】前記原料ガスを前記ボイラー中で燃焼させ
る前記工程が、その燃焼を850〜900℃（1562〜1652゜
F）の温度において、約５〜10％の含有空気過剰分で行
い、それによって該ボイラーの下部にその燃焼ゾーンか
ら上向きに上昇して来る煙道ガスを再燃焼させる有利な
条件をもたらす工程を含むことを特徴とする、請求の範
囲第１項に記載の方法。 - 【請求項１０】前記の生物燃料若しくは屑材料又はその
両者を流動床ガス化器に導入する前記工程が、主として
微粉砕及び乾燥されていない生物燃料若しくは屑材料又
はその両者を該流動床ガス化器に導入する工程を含むこ
とを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の方法。 - 【請求項１１】生物燃料若しくは屑材料又はその両者を
ガス化するための流動床ガス化器、 流動床のないスチーム発生用ボイラー、及び 該ガス化器中で生成したガスを該ボイラーに移送するた
めの手段 を含んで成る、エネルギー生成のためにエネルギー含量
の低い生物燃料若しくは屑材料又はその両者を利用する
装置において、該ボイラーが、その下部に化石燃料バー
ナー、及び該バーナーのレベルより上の該ボイラーがあ
るレベルに配置された、該ガスを該ボイラーに導入する
ための手段を備えていることを特徴とする上記の装置。 - 【請求項１２】前記ガス化器が循環式流動床ガス化器で
あることを特徴とする、請求の範囲第11項に記載の装
置。 - 【請求項１３】前記ガス化器と前記ボイラーとにガス浄
化手段が接続されており、ここで該浄化手段は、該ガス
化器中で生成したガスを受容し、そして該ガスが該ボイ
ラーに導入される前に該ガスを浄化するものである、請
求の範囲第11項に記載の装置。 - 【請求項１４】前記浄化手段が石炭の灰の循環床を中に
有する循環式流動床反応器を含んで成ることを特徴とす
る、請求の範囲第13項に記載の装置。 - 【請求項１５】粒子分離装置が前記ガス浄化手段にその
下流において接続されるとともに、前記ボイラーにも接
続されており、ここで該粒子分離装置は前記ガスが該ボ
イラーに導入される前に該ガスから微粉固体成分を分離
するための手段を含むものであることを特徴とする、請
求の範囲第13項に記載の装置。 - 【請求項１６】前記ガス化器と前記ボイラーとにガス冷
却手段が接続されており、ここで該ガス冷却手段は該ガ
ス化器中で生成したガスを受容し、そして該ガスが該ボ
イラーに導入される前に該ガスを冷却するものであるこ
とを特徴とする、請求の範囲第11項に記載の装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US563,844 | 1995-11-28 | ||
| US08/563,844 | 1995-11-28 | ||
| US08/563,844 US5626088A (en) | 1995-11-28 | 1995-11-28 | Method and apparatus for utilizing biofuel or waste material in energy production |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11501116A JPH11501116A (ja) | 1999-01-26 |
| JP3203255B2 true JP3203255B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=24252122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52021597A Expired - Fee Related JP3203255B2 (ja) | 1995-11-28 | 1996-11-25 | エネルギー生成のために生物燃料又は屑材料を利用する方法と装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5626088A (ja) |
| EP (1) | EP0920485B1 (ja) |
| JP (1) | JP3203255B2 (ja) |
| AT (1) | ATE192481T1 (ja) |
| CA (1) | CA2236805C (ja) |
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