JP4255279B2

JP4255279B2 - Solid fuel gasification system

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Publication number: JP4255279B2
Application number: JP2002381919A
Authority: JP
Inventors: 邦夫吉川
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004210942A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体燃料ガス化システムに関するものであり、より詳細には、水素及び一酸化炭素を主成分とした合成ガスを固体燃料の熱分解により製造する固体燃料ガス化システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
廃プラスチック、汚泥、シュレッダダスト又は都市ゴミ等の有機廃棄物、或いは、石炭等の低質固形燃料をガス化し、比較的高カロリーの合成ガスを発電設備等に供給する燃料ガス化システムが知られている。本発明者は、この種のガス化システムにおいて、約１０００℃の高温空気で固体燃料をガス化溶融する燃料ガス化システムを開発し、特開２００２−１５８８８５号等において提案している。
【０００３】
この方式のガス化システムは、図１０及び図１１に示す如く、固体燃料をガス化溶融するガス化炉を備える。空気加熱装置が、１０００℃以上の高温空気をガス化炉に供給し、熱回収・ガス精製装置が、ガス化炉の粗ガスを冷却し且つ精製する。ガス化炉に供給された固体燃料は、高温空気によりガス化溶融して約１０００℃の高温粗ガスを生成し、高温粗ガスは、熱回収・ガス精製装置に供給される。熱回収・ガス精製装置は、高温粗ガスを冷却し且つ精製し、精製ガスを発電設備等に供給する。熱回収・ガス精製装置で回収したチャー（熱分解後の炭化物）は、チャーリサイクル手段により固体燃料供給路に導入され、固体燃料と共にガス化炉に供給される。精製ガスの一部は、空気加熱用燃料として空気加熱装置に供給され、空気加熱装置は、精製ガスの燃焼熱により空気を加熱し、高温空気をガス化炉に供給する。このような方式のガス化システムによれば、粗ガス温度が非常に高温（約１０００℃）であるため、タール含有量が少なく、しかも、比較的多量の水素を含む粗ガスが得られる。
【０００４】
本発明者は又、固体燃料の熱分解により生成した熱分解ガスを高温水蒸気で改質し、改質ガスを発電設備等に供給する燃料ガス化システムを開発し、特開２００２−２１０４４４号等において提案している。
【０００５】
この方式のガス化システムは、図１２及び図１３に示す如く、固体燃料を熱分解する熱分解炉を備えるとともに、熱分解ガスを高温水蒸気で改質する改質炉を備える。熱分解炉に供給された固体燃料は、熱分解炉内で熱分解し、熱分解炉に発生した温度約３００℃程度の熱分解ガスが、改質炉に供給される。熱分解ガスは、改質炉において温度約１０００℃の高温水蒸気と混合し、改質される。熱分解ガス中の炭化水素の水蒸気改質反応（吸熱反応）により改質炉の炉内温度が降下するのを防止すべく、約１０００℃の高温空気が改質炉に供給され、約８００℃程度の改質ガスが改質炉から熱回収・ガス精製装置に供給される。熱回収・ガス精製装置は、改質ガスを冷却し且つ精製し、精製ガスを発電設備等に供給する。精製ガスの一部は空気・水蒸気加熱装置に供給され、空気・水蒸気加熱装置は、精製ガスの燃焼熱により空気及び水蒸気を加熱し、温度約１０００℃程度の高温空気及び高温水蒸気を改質炉に供給する。
【０００６】
このような方式のガス化システムによれば、固体燃料は、熱分解炉内に比較的長時間滞留するので、比較的大きなサイズの廃棄物等を熱分解処理することが可能となり、しかも、炭素転換率が高く、煤分の発生が抑制されるので、チャーリサイクル手段を省略することが可能となる。また、この方式のガス化システムによれば、灰溶融燃焼炉を更に組込むことにより、チャー分が混入しない溶融灰の抽出が可能となる等の利点が得られる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１５８８８５号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−２１０４４４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のガス化溶融型のガス化炉（図１０及び図１１）を備えたガス化システムにおいては、比較的多量の煤分が燃料ガスに含まれる傾向があり、煤分の発生は、特にプラスチック廃棄物等の固形燃料をガス化する場合に顕著に観られる。このため、図１０に示す如く、ガス化システムは、チャー分を回収するチャーリサイクル手段を備える必要がある。また、ガス化炉における固体燃料の炉内滞留時間が比較的短時間であることから、サイズが大きい廃棄物等をガス化処理し難く、このため、固形燃料の微粉砕処理等の前処理工程及び前処理設備が必要となる。加えて、この方式のガス化システムでは、精製ガスの発熱量は、１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ³程度であり、発熱量が低い合成ガスが得られるにすぎない。
【００１０】
他方、熱分解炉及び改質炉を備えた上記ガス化システム（図１２及び図１３）によれば、このようなチャーリサイクル手段を省略し得るとともに、比較的大形の廃棄物等を微粉砕することなく熱分解処理することができる。しかしながら、熱分解ガス中のタール分を完全に改質するためには、改質炉の炉内温度をかなり高温（約１０００℃程度）に維持すべく、比較的多量の高温空気を改質炉に導入する必要が生じ、この結果、改質・精製後の精製ガスの発熱量が約１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ³程度に低下してしまうという問題が生じた。また、この方式では、精製ガスは、比較的多量のメタンを含有する反面、水素を多量に含有した合成ガスを製造し難く、更に改善すべき余地が残されていた。更には、空気・水蒸気加熱装置は、上記の如く、精製ガスの燃焼熱により水蒸気等を加熱していたので、有用な精製ガスが水蒸気等の加熱のために消費されており、非効率的であった。
【００１１】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水蒸気等の加熱のために消費される精製ガスの量を低減し、しかも、チャーリサイクル手段の省略を可能にするとともに、水素及び一酸化炭素を主成分とした高発熱量の合成ガスを製造することができる固体燃料ガス化システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、従来のガス化システムでは、上記粗ガス又は改質ガスが比較的多量の窒素を含有する点に着目し、窒素含有量が少ない合成ガスを製造可能なガス化システムを研究した結果、熱分解炉に対する空気の供給を絶ち、９００℃以上の高温水蒸気のみを熱分解ガス化炉に供給して固形燃料を熱分解することにより、比較的多量の水素を含む熱分解ガスが発生することを見い出し、かかる知見に基づき、本願発明を達成したものである。
【００１３】
即ち、本発明は、固体燃料を熱分解し、水素及び一酸化炭素を主成分とする合成ガスを製造する固体燃料ガス化システムにおいて、
空気供給を絶たれた熱分解炉(1)と、
該熱分解炉に発生し且つ該熱分解炉から供給されたチャーを燃焼させて、８００℃以下の燃焼ガスを生成するチャー燃焼炉(2)と、
前記チャーを前記熱分解炉から前記チャー燃焼炉に移送するチャー供給路(L2)と、
前記チャー燃焼炉の燃焼ガスと水蒸気との熱交換により前記水蒸気を加熱する水蒸気加熱装置(3)と、
該水蒸気加熱装置と前記熱分解炉とを接続する高温水蒸気供給路(HS)と、
前記チャー燃焼炉及び水蒸気加熱装置の間で前記チャー燃焼炉の燃焼ガスを浄化する除塵装置(4)と、
該除塵装置から水蒸気加熱装置に送出される除塵後の燃焼ガスを燃焼させ、該燃焼ガスの温度上昇をもたらす燃焼ガス再熱用燃焼手段(40)とを備え、
前記水蒸気加熱装置は、再熱後の前記燃焼ガスと前記水蒸気との熱交換により該水蒸気を９００℃以上の高温水蒸気に加熱する熱交換器を備え、該高温水蒸気は、前記熱分解炉に供給され、該熱分解炉内の固体燃料を前記高温水蒸気のみによって熱分解させて、前記熱分解炉内に熱分解ガス及び前記チャーを発生させることを特徴とする固体燃料ガス化システムを提供する。
本発明は又、固体燃料を熱分解し、水素及び一酸化炭素を主成分とする合成ガスを製造する固体燃料ガス化方法において、
空気供給を絶たれた熱分解炉(1)内に９００℃以上の高温水蒸気と固体燃料とを供給し、該高温水蒸気のみによって前記熱分解炉内の固体燃料を熱分解して該熱分解炉の炉内領域に熱分解ガス及びチャーを発生させる熱分解工程と、
前記チャーを熱分解炉からチャー燃焼炉(2)に移送するチャー移送工程と、
燃焼用空気を前記チャー燃焼炉に供給して前記チャーを燃焼させて８００℃以下の温度の燃焼ガスを生成するチャー燃焼工程と、
前記燃焼ガスを除塵装置(4)によって浄化する燃焼ガス浄化工程と、
除塵後の前記燃焼ガスを再燃焼させて燃焼ガスの温度を上昇させた後、該燃焼ガスと水蒸気との熱交換によって該水蒸気を前記高温水蒸気に加熱する再熱・熱交換工程とを有することを特徴とする固体燃料ガス化方法を提供する。
【００１４】
本発明の上記構成によれば、固体燃料ガス化システムは、チャーの燃焼熱を熱エネルギー源として水蒸気を９００℃以上に加熱し、９００℃以上の高温水蒸気で固体燃料を熱分解する。空気供給を絶たれた熱分解域には、窒素を含まない熱分解ガスが発生し、煤分の発生も抑制される。熱分解域に残留するチャーは、チャー燃焼域で焼却され、チャーの燃焼熱は、チャー燃焼により生成した燃焼ガスを熱媒体として水蒸気加熱用の熱交換器に供給され、水蒸気加熱のための熱源として有効利用される。チャー燃焼域の燃焼ガスは、除塵装置を通して熱交換器に供給されるので、燃焼ガス温度は、８００℃以下の温度（浄化装置の高温限界）に抑制されるが、浄化工程を経た燃焼ガスは、燃焼ガス再熱用燃焼手段により二次燃焼又は再燃焼し、温度上昇する。温度上昇した燃焼ガスは、水蒸気加熱手段において水蒸気を９００℃以上の高温に加熱し、高温水蒸気は、上記の如く、熱分解域に供給される。熱分解域に発生した熱分解ガスは、上記高温水蒸気により改質され、水素及び一酸化炭素を主成分とした比較的高発熱量の合成ガスが製造される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
好ましくは、燃焼ガス再熱用燃焼手段は、合成ガスの一部及び／又は燃焼用空気を浄化後の燃焼ガスに添加する注入部を有し、注入部は、例えば、燃焼ガス配管又はダクトと、合成ガス又は燃焼用空気の配管又はダクトとのＴ形接続部、あるいは、燃焼ガスと合成ガス又は燃焼用空気とを混合可能な燃焼器からなる。合成ガス又は燃焼用空気の注入により、燃焼ガスは再燃焼又は二次燃焼し、燃焼ガスは温度上昇する。合成ガスの注入は、チャー燃焼域に十分な燃焼用空気を供給する場合（即ち、チャーがチャー燃焼域で実質的に完全燃焼し、燃焼ガスが比較的多量の酸素を含む場合）に好ましく採用され、燃焼ガスは、合成ガスの添加により再燃焼する。チャー燃焼域に対する燃焼用空気の供給量を制限する場合（即ち、チャーがチャー燃焼域で不完全燃焼し、燃焼ガスが比較的多量の一酸化炭素等を含む場合）には、燃焼用空気が注入部に供給され、燃焼ガスに添加される。燃焼用空気の注入により、燃焼ガスは二次燃焼し、燃焼ガスは温度上昇し、燃焼ガス中の未燃分の完全燃焼が促される。所望により、合成ガス及び燃焼用空気の双方を燃焼ガスに添加しても良い。
【００２０】
本発明の好適な実施形態において、ガス化システムは、上記熱分解域の熱分解ガス及び高温水蒸気が導入される改質炉を有し、６００℃以上、好ましくは、９００℃以上の高温空気又は酸素が熱分解ガス給送路又は改質炉に注入される。酸素を熱分解ガス給送路又は改質炉に注入する場合には、常温（大気相当温度）の酸素を熱分解ガス給送路又は改質炉に注入しても良い。熱分解ガス、高温水蒸気及び高温空気（又は酸素）は、改質炉内で混合し、熱分解ガス中の炭化水素（主にタール分）は、水蒸気改質反応により、水素及び一酸化炭素を主成分とした改質ガス（合成ガス）に改質される。好適には、改質ガスは、後続の精製工程で精製され、精製ガスとして発電設備、水素製造装置等に供給される。好ましくは、改質ガスを精製前に冷却する熱回収装置が設けられ、熱回収装置に供給された給水は、改質ガスの顕熱により水蒸気に気化する。この水蒸気は、上記水蒸気加熱装置に供給され、上述の如く高温水蒸気に加熱される。更に好ましくは、精製ガスの一部が、空気加熱装置に供給され、常温空気が精製ガスの燃焼熱により上記高温空気に加熱される。
【００２１】
本発明の他の実施形態によれば、上記高温水蒸気は、９００℃以上の温度を有し、熱分解域におけるタール分の発生は、最小限に抑制され、上記改質工程は、省略される。
【００２２】
好適には、精製ガス又は熱分解ガスの一部が、補助燃料としてチャー燃焼域に供給され、チャー燃焼熱の不足は、精製ガス又は熱分解ガスの燃焼熱で補われる。これにより、チャー燃焼域の燃焼ガスの温度及び／又は流量が調節され、熱分解域に供給される高温水蒸気の温度及び／又は流量が制御される。変形例として、チャー燃焼域を高温化し、チャー焼却灰を灰溶融しても良い。
【００２３】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施例に係る固体燃料ガス化システムを示すブロックフロー図である。
【００２４】
固体燃料ガス化システムは、産業廃棄物等の固体燃料を熱分解する熱分解ガス化炉と、温度約１０００℃の高温水蒸気を熱分解ガス化炉に供給する水蒸気加熱装置と、熱分解ガス化炉から排出されたチャーを燃焼させるチャー燃焼炉とを備える。水蒸気加熱装置は、高温水蒸気供給路ＨＳによって熱分解ガス化炉に接続される。熱分解ガス化炉には、固体燃料を熱分解ガス化炉に供給する固体燃料供給路Ｌ１が接続されるとともに、熱分解ガス化炉のチャーをチャー燃焼炉に供給するチャー供給路Ｌ２が接続される。空気供給路Ｌ３が、チャー燃焼炉に接続され、燃焼ガス送出路Ｌ４が、水蒸気加熱装置に接続される。燃焼ガス送出路Ｌ４には、燃焼ガスを浄化可能な高温セラミックフィルター等の高温除塵装置が介装される。空気供給路Ｌ３の分岐路Ｌ３０が、高温除塵装置及び水蒸気加熱装置の間で燃焼ガス送出路Ｌ４に接続される。
【００２５】
熱分解ガス化炉は、熱分解ガス給送路Ｌ５によって改質炉に接続され、改質炉は、改質ガス給送路Ｌ６によって熱回収・ガス精製装置に接続される。熱分解ガス化炉の炉内領域は、初期的に炉内に存在する空気及び酸素や、固体燃料供給時に固体燃料と一緒に炉内に流入し得る少量の空気の他は、空気及び酸素の供給を実質的に絶たれており、熱分解ガス化炉の炉内領域には、実質的に高温水蒸気のみが供給されるようになっている。熱分解ガス化炉の熱分解ガスは、熱分解ガス給送路Ｌ５を介して改質炉に供給され、改質炉の改質ガスは、改質ガス給送路Ｌ６を介して熱回収・ガス精製装置に供給される。所望により、熱分解ガスの一部が、分岐路Ｌ９を介してチャー燃焼炉に供給される。
【００２６】
熱回収・ガス精製装置には、給水管路ＳＷ及び水蒸気供給路Ｌ７が接続される。水蒸気供給路Ｌ７の下流端は、水蒸気加熱装置に連結され、熱分解ガスの回収熱により生成した水蒸気が、水蒸気供給路Ｌ７を介して水蒸気加熱装置に供給される。熱回収・ガス精製装置は、精製ガス送出路Ｌ８によって発電設備又は水素製造設備に接続され、熱回収・ガス精製装置の精製ガスは、発電設備又は水素製造設備に燃料ガス又は原料ガスとして供給される。精製ガス供給路Ｌ８の第１分岐路Ｌ１１が、空気加熱装置に接続され、精製ガスの一部が、空気加熱装置に空気加熱用燃料として供給される。空気加熱装置の高温空気供給路Ｌ１０が、熱分解ガス給送路Ｌ５に接続され、約１０００℃の高温空気が熱分解ガス給送路Ｌ５に注入される。精製ガス供給路Ｌ８の第２分岐路Ｌ１２が、チャー燃焼炉に接続され、所望により、精製ガスの一部が、補助燃料としてチャー燃焼炉に供給される。第３分岐路Ｌ１３が精製ガス供給路Ｌ８から更に分岐し、第３分岐路Ｌ１３の下流端は、高温除塵装置及び水蒸気加熱装置の間で燃焼ガス送出路Ｌ４に接続される。
【００２７】
産業廃棄物等の固体燃料が熱分解ガス化炉に供給され、熱分解ガス化炉の炉内領域に投入される。系外の補助燃料供給設備（図示せず）が初期燃焼用燃料をチャー燃焼炉のバーナ設備に供給し、空気供給路Ｌ３に介装した給気ファンが燃焼用空気をチャー燃焼炉に供給する。燃焼用空気を予熱する空気予熱装置（図示せず）が、所望により、空気供給路Ｌ３に介装される。チャー燃焼炉の燃焼作動により、温度約８００℃程度の燃焼ガスがチャー燃焼炉から燃焼ガス送出路Ｌ４に送出され、燃焼ガスは、高温除塵装置及び燃焼ガス再熱用燃焼手段を介して水蒸気加熱装置に供給される。燃焼ガス再熱用燃焼手段には、系外の補助燃料供給設備（図示せず）から初期燃焼用燃料が供給される。
【００２８】
比較的低温の水蒸気（温度約１５０〜３００℃程度）が、系外のプロセス蒸気発生器（図示せず）等から水蒸気加熱装置に初期的に供給され、チャー燃焼炉の燃焼ガスと熱交換し、約１０００℃程度の高温に加熱される。高温水蒸気は、高温水蒸気供給路ＨＳを介して熱分解ガス化炉に供給される。
【００２９】
熱分解ガス化炉の炉内領域（熱分解域）は、空気の供給を絶たれており、水蒸気加熱装置の高温水蒸気のみが熱分解ガス化炉に供給される。高温水蒸気供給路ＨＳから熱分解ガス化炉への高温水蒸気の供給温度（供給路ＨＳの出口温度）は、例えば、１０００℃に設定され、熱分解ガス化炉の炉内圧力は、大気圧（常圧）、或いは、１〜２気圧に設定される。熱分解域の固体燃料は、熱分解ガス化炉の炉内に導入された高温水蒸気の熱で熱分解し、温度約６００℃程度の熱分解ガスが固体燃料の熱分解により発生する。実質的に高温水蒸気のみに依存した固体燃料の熱分解によって熱分解域に発生した熱分解ガスは、窒素を含まず、水素及び一酸化炭素を主成分としており、しかも、約６００℃程度の温度を有する熱分解ガスは、比較的少量のタール分を含むにすぎない。熱分解ガスは、熱分解ガス化炉内の高温水蒸気と一緒に熱分解ガス給送路Ｌ５に送出される。
【００３０】
系外の補助燃料供給設備（図示せず）が初期燃焼用燃料を空気加熱装置に供給し、空気加熱装置は、燃料の燃焼熱により大気相当温度の空気を約１０００℃の高温に加熱し、高温空気を高温空気供給路Ｌ１０から熱分解ガス給送路Ｌ５に注入する。高温空気の添加は、次工程（改質工程）の改質反応に要する熱を補うためのものであり、高温空気の添加量は、熱補給に要する最小限の空気量に制限することが望ましい。
【００３１】
改質炉は、中空且つ無触媒の反応容器からなる。熱分解ガス給送路Ｌ５の熱分解ガス、高温水蒸気及び高温空気は、改質炉の炉内領域に流入し、改質炉の改質域で混合し、熱分解ガス中の炭化水素（主にタール分）の水蒸気改質反応（吸熱反応）が、この混合過程で生じる。熱分解ガスは、このような改質工程により、比較的多量の水素及び一酸化炭素を含む高カロリーガスに改質される。改質域では、高温空気及び熱分解ガスの発熱反応が同時進行するので、温度約８００℃の改質ガス（合成ガス）が改質ガス給送路Ｌ６に送出される。
【００３２】
改質ガスは、少量の水蒸気の他、高温空気の添加により系内に供給された少量の窒素を含む。本実施例の変形例として、このような窒素の混入をも防止すべく、上述の空気加熱装置に換えて酸素加熱装置を使用しても良く、この場合、酸素加熱装置により予熱した酸素が、供給路Ｌ１０から熱分解ガスに添加される。大気相当温度の酸素（常温酸素）を供給路Ｌ１４から熱分解ガスに直に添加しても良い。
【００３３】
改質ガス給送路Ｌ６の改質ガス（合成ガス）は、熱回収・ガス精製装置に導入される。熱回収・ガス精製装置は、改質ガスと給水との熱交換により水蒸気を生成する熱回収部を備えるとともに、熱回収後の改質ガスを浄化するスクラバー等の浄化部を備える。約８００℃程度の温度を保有する高温の改質ガスは、給水と熱交換して冷却し、給水は、水蒸気に気化し、水蒸気供給路Ｌ７に送出される。改質ガスは更に、浄化部を通過し、浄化部は、改質ガス中の水蒸気及び固形分等を除去する。熱回収・ガス精製装置の精製ガスは、精製ガス供給路Ｌ８を介して発電設備のガスタービンエンジン等に燃料ガスとして供給され、あるいは、水素製造設備に原料ガスとして供給される。
【００３４】
精製ガスの一部が、第１分岐路Ｌ１１から空気加熱装置に供給される。空気加熱装置は、例えば、特開２００２−１５８８８５号公報に記載された構成の空気加熱装置からなり、約大気温の空気を精製ガスの燃焼熱により約１０００℃に加熱し、高温空気供給路Ｌ１０に送出する。所望により、精製ガスの一部が、チャー燃焼炉の補助燃料として第２分岐路Ｌ１２に送出され、チャー燃焼炉に供給される。
【００３５】
チャー燃焼炉の精製ガスの一部、あるいは、空気供給路Ｌ３の燃焼用空気の一部が、高温除塵装置及び水蒸気加熱装置の間で分岐路Ｌ１３又は分岐路Ｌ３０から燃焼ガス送出路Ｌ４に注入される。精製ガス又は燃焼用空気の双方を燃焼ガス送出路Ｌ４に注入しても良い。精製ガス又は燃焼用空気の注入部は、配管又はダクトのＴ形接続部、あるいは、燃焼ガス送出路Ｌ４に介装した燃焼器を有する。
【００３６】
高温除塵装置に供給すべき燃焼ガス温度は、チャー燃焼炉の燃焼制御により概ね６００〜８００℃程度の温度に規制されるが、燃焼ガスは、精製ガス（Ｌ１３）及び／又は燃焼用空気（Ｌ３０）の添加により再燃焼又は二次燃焼するので、燃焼ガス温度は上昇し、従って、水蒸気加熱装置に導入される燃焼ガスは、１０００℃を超える温度、例えば、１２００℃の温度を保有する。
【００３７】
図２及び図３は、本実施例に係るガス化システムの熱源構成を示すブロックフロー図及び概略構造図である。
熱分解ガス化炉の熱分解ガス化反応が安定した段階で、系外の設備からの補助燃料供給及び水蒸気供給は停止され、ガス化システムは、図２に示す如く、熱分解ガス化炉のチャーを水蒸気加熱用の熱エネルギー源とした定常運転に切換えられる。図１に示す如く、定常運転時には、熱分解ガスの改質に用いられる空気（又は酸素）は、精製ガスの燃焼熱により加熱され、水蒸気加熱装置に供給すべき水蒸気は、改質ガスとの熱交換により生成する。従って、定常運転時には、水蒸気の加熱、空気（又は酸素）の加熱および水蒸気生成のための熱エネルギーは、熱分解ガス化炉１で発生するチャー及び熱分解ガスをエネルギー源としたものである。
【００３８】
図３に示す如く、熱分解ガス化炉１は、熱分解域１1 を形成する炉体１０を備える。炉体１０の下部には、多数の通気孔を備えた炉床１２が形成される。炉床１２として、多数の通気孔を穿孔したセラミック製固定床を好適に使用し得る。高温水蒸気供給路ＨＳ及びチャー供給路Ｌ２が、炉底部に接続される。固体燃料が固体燃料供給路Ｌ１から熱分解域１１に投入され、炉床１２上に堆積する。
【００３９】
水蒸気加熱装置３の高温水蒸気は、炉底部から上向きに炉内に吹込み、炉床１２の通気孔を通過して固体燃料１３に接触し、固体燃料１３を加熱する。固体燃料１３の熱分解により、熱分解ガスが熱分解域１１に発生する。熱分解域１１の熱分解ガス及び高温水蒸気は、炉体上部に接続した熱分解ガス給送路Ｌ５に流出し、改質炉５に供給される。熱分解ガス給送路Ｌ５の熱分解ガス及び高温水蒸気には、高温空気供給路Ｌ１０の高温空気（又は酸素）が添加される。常温酸素を供給路Ｌ１４から熱分解ガス給送路Ｌ５に添加しても良い。
【００４０】
熱分解ガス、水蒸気及び空気（又は酸素）は、改質炉５に導入され、改質炉５内で混合し、熱分解ガス中の炭化水素（主にタール分）の水蒸気改質反応により、比較的多量の水素及び一酸化炭素を含む改質ガス（合成ガス）として改質ガス給送路Ｌ６に送出され、熱回収・ガス精製装置（図１）に供給される。改質炉５として、例えば、特開２００２−２１０４４４号に開示された構造の改質炉を好適に使用し得る。
【００４１】
固体燃料１３の熱分解により生成したチャーは、炉床１２の通気孔を流下し、炉底領域に設けられたチャー排出口及びチャー供給路Ｌ２を介してチャー燃焼炉２に供給される。チャー燃焼炉２は、熱分解ガス化炉１と同様の構造を備えており、チャー燃焼域２１を形成する炉体２０と、多数の通気孔を備えた炉床２２とを有する。炉床２２として、多数の通気孔を穿孔したセラミック製固定床を好適に使用し得る。空気供給路Ｌ３は、チャー燃焼炉２の炉底部に接続され、燃焼ガス送出路Ｌ４は、チャー燃焼炉２の炉体上部に接続される。
【００４２】
チャー燃焼炉２に供給されたチャーは、炉床２２上に堆積し、空気供給路Ｌ３の燃焼用空気が炉床２２の通気孔を介してチャー燃焼域２１内に上向きに吹込む。チャー燃焼炉２の炉温は、チャーの燃焼により８００℃を超える温度に達し、温度約６００〜８００℃程度の燃焼ガスが、燃焼ガス送出路Ｌ４の流路Ｌ４１に送出される。所望により、第２分岐路Ｌ１２の精製ガス又は分岐路Ｌ９の熱分解ガスを補助的にチャー燃焼域１１に供給しても良い。
【００４３】
燃焼ガスは、高温除塵装置４を通過し、燃焼ガス中のダスト等を除去され、流路Ｌ４２に送出される。精製ガス及び／又は燃焼用空気の注入部４０が、流路Ｌ４２に接続される。注入部４０は、流路Ｌ４２に対する分岐路Ｌ１３、Ｌ３０のＴ形接続部、あるいは、分岐路Ｌ１３、Ｌ３０を接続した燃焼器からなり、燃焼ガスは、注入部４０において精製ガス及び／又は燃焼用空気と混合し、再燃焼又は二次燃焼する。
【００４４】
分岐路Ｌ１３、Ｌ３０には、注入部４０に対する精製ガス及び燃焼用空気の供給を制御する制御弁（図示せず）が設けられる。制御弁は、燃焼ガスの再燃焼又は二次燃焼が注入部４０において適切に進行するように精製ガス及び燃焼用空気の流量を制御する。例えば、チャー燃焼域２１のチャーが完全燃焼する場合、燃焼ガスは比較的多量の酸素を含むので、制御弁は、主として分岐路Ｌ１３の精製ガスを注入部４０に供給する。他方、チャー燃焼域２１のチャーが不完全燃焼する場合には、燃焼ガスは比較的多量の一酸化炭素を含むので、制御弁は、主として分岐路Ｌ３０の燃焼用空気を注入部４０に供給する。
【００４５】
燃焼ガスは、注入部４０における再燃焼又は二次燃焼により１０００℃を超える高温に温度上昇し、流路Ｌ４３から水蒸気加熱装置３に供給され、前述の如く、水蒸気と熱交換して水蒸気を高温に加熱し、自らは冷却した後、排気路を介して大気に放出される。
【００４６】
水蒸気加熱装置３は、例えば、高温度効率を有するユングストローム式の熱交換器からなり、水蒸気供給路Ｌ７の水蒸気を約１０００℃程度の高温に加熱して高温水蒸気供給路ＨＳに送出する。水蒸気加熱装置３として、セラミックハニカム構造等の蓄熱体を備えたリジェネレータ型熱交換器、あるいは、伝熱コイルを備えたレキュペレータ型熱交換器を採用しても良く、この場合、水蒸気供給路Ｌ７の水蒸気は、蓄熱体を介してなされる燃焼ガスと水蒸気との熱交換、あるいは、伝熱コイルを流通する水蒸気と燃焼ガスとの熱交換により加熱される。
【００４７】
なお、チャーによる燃焼炉２の燃焼量が不足する場合、熱分解ガス又は精製ガスの一部が分岐炉Ｌ９、Ｌ１２からチャー燃焼炉２のバーナ設備に補助的にされる。
【００４８】
図４〜図７は、本発明の応用例（参考例）に係るガス化システムの構成を示すブロックフロー図及び概略構造図である。
上記実施例では、ガス化システムは、熱分解ガス化炉と直列に連結したチャー燃焼炉を備えるが、応用例（参考例）のガス化システムは、図４及び図５に示す如く並列に配置された第１炉及び第２炉を備え、第１及び第２炉は夫々、熱分解ガス化炉及びチャー燃焼炉を兼ねる。
【００４９】
図５には、交互に実行されるガス化システムの第１工程及び第２工程が示されている。図５(A) に示す第１工程では、第１炉はガス化運転し、第２炉はチャー燃焼運転し、図５(B) に示す第２工程では、第１炉はチャー燃焼運転し、第２炉はガス化運転する。第１工程及び第２工程は、数時間又は十数時間の時間単位で交互に実行される。
【００５０】
図５(A) に示す第１工程では、高温水蒸気が、第１炉に供給される。第１炉のガス化運転により発生した熱分解ガスが、改質炉に供給される。固体燃料は、第１炉に予め投入され、あるいは、高温水蒸気の供給と同時に第１炉に連続投入される。
【００５１】
第１炉がガス化運転（図５(A) ）を終了すると、図５(B) に示す第２工程が実行され、燃焼用空気が第１炉に供給される。第２工程では、第１炉のガス化運転中（図５(A) ）に第１炉の炉床部分に残留したチャーが燃焼用空気の供給により燃焼し、第１炉は、チャー燃焼炉として作動し、燃焼ガスを除塵装置に送出する。除塵装置で除塵した燃焼ガスは、上述の第１実施例と同じく、燃焼用空気及び／又は精製ガスの添加により二次燃焼又は再燃焼し、昇温した後、水蒸気加熱装置に供給される。高温燃焼ガスとの熱交換により約１０００℃に加熱された水蒸気は、第２炉に供給される。第２炉は、高温水蒸気の供給により固体燃料を熱分解し、熱分解ガスを改質炉に供給する。なお、固体燃料は、第２炉に予め投入され、あるいは、高温水蒸気の供給と同時に第２炉に連続投入される。
【００５２】
第２炉がガス化運転を終了すると、図５(A) に示す第１工程が実行される。第１工程では、第２炉のガス化運転中（図５(B) ）に第２炉の炉床部分に残留したチャーが燃焼用空気の供給により燃焼し、第２炉は、チャー燃焼炉として作動し、高温の燃焼ガスを除塵装置に送出する。除塵装置で除塵した燃焼ガスは、燃焼用空気及び／又は精製ガスの添加により二次燃焼又は再燃焼し、昇温した後、水蒸気加熱装置に供給される。高温燃焼ガスとの熱交換により約１０００℃に加熱された水蒸気は、第１炉に供給される。第１炉は、高温水蒸気の供給により固体燃料を熱分解し、熱分解ガスを改質炉に供給する。
【００５３】
第１工程（図５(A) ）及び第２工程（図５(B) ）は数時間又は十数時間の時間間隔で交互に切換えられ、各炉は、熱分解ガスを発生する熱分解ガス化炉としての作用と、炉床部分に残留したチャーの燃焼により高温燃焼ガスを生成するチャー燃焼炉としての作用とを交互に発揮する。
【００５４】
図６及び図７は、ガス化システムの熱源構成を示す概略構造図である。図６には、ガス化システムの第１工程が示され、図７には、ガス化システムの第２工程が示されている。
【００５５】
第１及び第２炉１ａ、１ｂは、上記第１実施例の熱分解ガス化炉と実質的に同一の構造を有し、炉体１０の下部には、多数の通気孔を穿設した炉床１２が配設される。固体燃料供給路Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、熱分解ガス給送路Ｌ５ａ、Ｌ５ｂ及び燃焼ガス送出路Ｌ４ａ、Ｌ４ｂが、炉体上部に接続される。固体燃料供給路Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは、切換制御弁Ｖ１を介して固体燃料供給路Ｌ１に接続され、熱分解ガス給送路Ｌ５ａ、Ｌ５ｂは、切換制御弁Ｖ２を介して熱分解ガス給送路Ｌ５に接続され、燃焼ガス送出路Ｌ４ａ、Ｌ４ｂは、切換制御弁Ｖ３を介して燃焼ガス送出路Ｌ４に接続される。
【００５６】
空気供給路Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ及び高温水蒸気供給路ＨＳａ、ＨＳｂが各炉１ａ、１ｂの炉底部に接続される。空気供給路Ｌ３ａ、Ｌ３ｂは、切換制御弁Ｖ４を介して空気供給路Ｌ３に接続され、高温水蒸気供給路ＨＳａ、ＨＳｂは、切換制御弁Ｖ５を介して高温水蒸気供給路ＨＳに接続される。
【００５７】
切換制御弁Ｖ１〜Ｖ５は、図６に示す第１工程において、第１位置に位置し、固体燃料供給路Ｌ１、熱分解ガス給送路Ｌ５及び高温水蒸気供給路ＨＳを第１炉１ａに接続し、空気供給路Ｌ３及びガス送出路Ｌ４を第２炉１ｂに接続する。第１炉１ａは、熱分解ガス化炉として機能し、固体燃料１３の熱分解により発生した熱分解ガスを改質炉５に供給する。第２炉１ｂは、チャー燃焼炉として機能し、炉床部分のチャー１４の燃焼により生成した燃焼ガスを水蒸気加熱装置３に供給する。
【００５８】
切換制御弁Ｖ１〜Ｖ５は、図７に示す第２工程において、第２位置に位置し、固体燃料供給路Ｌ１、熱分解ガス給送路Ｌ５及び高温水蒸気供給路ＨＳを第２炉１ｂに接続し、空気供給路Ｌ３及びガス送出路Ｌ４を第１炉１ａに接続する。第２炉１ｂは、熱分解ガス化炉として機能し、固体燃料１３の熱分解により発生した熱分解ガスを改質炉５に供給する。第１炉１ａは、チャー燃焼炉として機能し、炉床部分のチャー１４の燃焼により生成した燃焼ガスを水蒸気加熱装置３に供給する。
【００５９】
所望により、チャー燃焼中の第１又は第２炉に対して、精製ガス送出路Ｌ８の精製ガスの一部を第２分岐路Ｌ１２から補助的に供給しても良く、熱分解ガス給送路Ｌ５の熱分解ガスの一部を分岐路Ｌ９から補助的に供給しても良い。
【００６０】
このような参考例によれば、ガス化運転により各炉１の炉床部に残留したチャーを炉外のチャー燃焼炉に移送することなく、各炉１のチャー燃焼運転により燃焼させ、水蒸気加熱用の高温燃焼ガスを生成することができる。このため、チャー燃焼専用にチャー燃焼炉を設ける必要がなく、チャーを炉１から取出してチャー燃焼炉に移送するチャー供給路Ｌ２（図１）についても、その配設を省略することができる。
【００６１】
図８及び図９は、バイオマス燃料の如くチャーが残留し難い固体燃料を用いたガス化システムに関する参考例を示すブロックフロー図及び概略構造図である。
上記第１及び第２実施例では、ガス化システムは、チャー燃焼域、除塵装置及び燃焼ガス再熱用燃焼手段を備えるが、チャーが残留し難い固体燃料を用いる図８及び図９の参考例では、本実施例のガス化システムは、精製ガス及び空気の燃焼反応により高温の燃焼ガスを発生させる燃焼器４０を備える。燃焼器４０には、所望により空気予熱器で加熱した燃焼用空気と、分岐路Ｌ１３の精製ガスが導入される。１０００℃を超える燃焼器４０の燃焼ガスは、流路Ｌ４３を介して水蒸気加熱装置３に供給され、前述の如く、水蒸気と熱交換して水蒸気を高温に加熱し、自らは冷却した後、排気路を介して大気に放出される。高温燃焼ガスとの熱交換により約１０００℃に加熱された水蒸気は、熱分解ガス化炉１に供給され、ガス化炉１は、高温水蒸気の供給により固体燃料を熱分解し、熱分解ガスを改質炉５に供給する。
【００６４】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。
【００６５】
例えば、温度１０００℃以上の高温水蒸気を熱分解ガス化炉に供給してタールの発生を最小限に抑制することにより、改質炉の改質工程を省略することも可能である。また、固体燃料は、微粉砕処理等の前処理工程により熱分解域投入前に微粉砕しても良い。更に、上記実施例では、チャー燃焼後の焼却灰は、チャー燃焼炉から排出されるが、チャー燃焼炉の炉温を高温化することにより、焼却灰を灰溶融することも可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明の固体燃料ガス化システムによれば、熱分解後に炉内に残るチャーは、チャー燃焼炉で燃焼し、チャーの燃焼熱は、チャー燃焼により生成した燃焼ガスを熱媒体として水蒸気加熱用の熱交換器に供給され、水蒸気加熱のための熱源として有効利用される。チャーはチャー燃焼炉で焼却されるので、チャーリサイクル手段を省略することができる。チャーの燃焼熱を熱エネルギー源として加熱した高温水蒸気は、空気供給を絶った熱分解域に供給され、固体燃料は、高温水蒸気のみで熱分解するので、窒素を含まない熱分解ガスが熱分解域に発生する。熱分解ガスは更に、高温水蒸気により改質され、かくして、固体燃料ガス化システムは、水素及び一酸化炭素を主成分とした高発熱量の合成ガスを製造し、発電設備、水素製造設備等に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る固体燃料ガス化システムの全体構成を示すブロックフロー図である。
【図２】図１に示すガス化システムの熱源構成を示すブロックフロー図である。
【図３】図１に示すガス化システムの熱源構成を示す概略構造図である。
【図４】本発明の応用例（参考例）に係る固体燃料ガス化システムの全体構成を示すブロックフロー図である。
【図５】
図４に示すガス化システムの熱源構成を示すブロックフロー図である。
【図６】図４に示すガス化システムの熱源構成を概略的に示す概略構造図であり、第１及び第２炉の第１工程の作動形態が示されている。
【図７】図４に示すガス化システムの熱源構成を概略的に示す概略構造図であり、第１及び第２炉の第２工程の作動形態が示されている。
【図８】バイオマス燃料の如くチャーが残留し難い固体燃料を用いたガス化システムに関する参考例を示すブロックフロー図である。
【図９】図８に示すガス化システムの熱源構成を概略的に示す概略構造図である。
【図１０】従来の燃料ガス化システムの全体構成を示すブロックフロー図であり、固体燃料をガス化溶融炉によりガス化する方式のガス化システムが例示されている。
【図１１】図１０に示すガス化システムの熱源構成を示すブロックフロー図である。
【図１２】従来の燃料ガス化システムの全体構成を示すブロックフロー図であり、固体燃料を熱分解炉により熱分解し、熱分解ガスを改質炉により改質する方式のガス化システムが例示されている。
【図１３】図１２に示すガス化システムの熱源構成を示すブロックフロー図である。
【符号の説明】
１熱分解ガス化炉
２チャー燃焼炉
３水蒸気加熱装置
４高温除塵装置
５改質炉
４０注入部
Ｌ１固体燃料供給路
Ｌ２チャー供給路
Ｌ３空気供給路
Ｌ５熱分解ガス給送路
Ｌ１０高温空気供給路
ＨＳ高温水蒸気供給路
Ｖ１〜Ｖ５切換制御弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid fuel gasification system, and more particularly to a solid fuel gasification system for producing a synthesis gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide by pyrolysis of solid fuel.
[0002]
[Prior art]
There is a known fuel gasification system that gasifies organic waste such as waste plastic, sludge, shredder dust or municipal waste, or low-quality solid fuel such as coal, and supplies relatively high calorie synthesis gas to power generation facilities. Yes. The present inventor has developed a fuel gasification system that gasifies and melts solid fuel with high-temperature air of about 1000 ° C. in this kind of gasification system, and has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-158885.
[0003]
As shown in FIGS. 10 and 11, this type of gasification system includes a gasification furnace for gasifying and melting solid fuel. The air heating device supplies high-temperature air of 1000 ° C. or higher to the gasification furnace, and the heat recovery / gas purification device cools and purifies the crude gas in the gasification furnace. The solid fuel supplied to the gasification furnace is gasified and melted with high-temperature air to generate a high-temperature crude gas at about 1000 ° C., and the high-temperature crude gas is supplied to a heat recovery / gas purification device. The heat recovery / gas purification device cools and purifies the high-temperature crude gas and supplies the purified gas to a power generation facility or the like. Char (carbide after pyrolysis) recovered by the heat recovery / gas purification device is introduced into the solid fuel supply path by the char recycling means, and is supplied to the gasifier together with the solid fuel. A part of the purified gas is supplied to the air heating device as air heating fuel, and the air heating device heats the air by the combustion heat of the purified gas and supplies high-temperature air to the gasification furnace. According to this type of gasification system, since the crude gas temperature is very high (about 1000 ° C.), a crude gas containing a small amount of hydrogen and containing a relatively large amount of hydrogen can be obtained.
[0004]
The present inventor has also developed a fuel gasification system that reforms pyrolysis gas generated by pyrolysis of solid fuel with high-temperature steam and supplies the reformed gas to a power generation facility or the like. Proposed in
[0005]
As shown in FIGS. 12 and 13, this type of gasification system includes a pyrolysis furnace for pyrolyzing solid fuel and a reforming furnace for reforming pyrolysis gas with high-temperature steam. The solid fuel supplied to the pyrolysis furnace is pyrolyzed in the pyrolysis furnace, and pyrolysis gas having a temperature of about 300 ° C. generated in the pyrolysis furnace is supplied to the reforming furnace. The pyrolysis gas is reformed by mixing with high-temperature steam having a temperature of about 1000 ° C. in a reforming furnace. In order to prevent the temperature inside the reforming furnace from dropping due to the steam reforming reaction (endothermic reaction) of hydrocarbons in the pyrolysis gas, high-temperature air of about 1000 ° C. is supplied to the reforming furnace, and about 800 ° C. A degree of reformed gas is supplied from the reforming furnace to the heat recovery / gas purification device. The heat recovery / gas purification device cools and purifies the reformed gas, and supplies the purified gas to a power generation facility or the like. Part of the purified gas is supplied to an air / steam heater, which heats the air and steam with the combustion heat of the purified gas, and converts the high-temperature air and steam at a temperature of about 1000 ° C. into a reforming furnace. To supply.
[0006]
According to such a type of gasification system, the solid fuel stays in the pyrolysis furnace for a relatively long time, so that it is possible to pyrolyze a relatively large size waste, etc. Since the conversion rate is high and the occurrence of apportionment is suppressed, the char recycling means can be omitted. In addition, according to this type of gasification system, by further incorporating an ash melting combustion furnace, it is possible to obtain advantages such as extraction of molten ash free of char components.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2002-158885 A
[0008]
[Patent Document 2]
JP 2002-210444 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the gasification system provided with the above-described gasification and melting type gasification furnace (FIGS. 10 and 11), a relatively large amount of apportionment tends to be included in the fuel gas. This is noticeable when gasifying solid fuel such as waste. For this reason, as shown in FIG. 10, the gasification system needs to be provided with a char recycling means for recovering char. In addition, since the residence time of the solid fuel in the gasification furnace is relatively short, it is difficult to gasify a large-sized waste or the like. In addition, pretreatment equipment is required. In addition, in this type of gasification system, the calorific value of the purified gas is 1000 kcal / Nm.^ThreeOnly a synthesis gas with a low calorific value is obtained.
[0010]
  On the other hand, according to the gasification system (FIG. 12 and FIG. 13) provided with a pyrolysis furnace and a reforming furnace, such char recycling means can be omitted and a relatively large waste or the like is pulverized. The thermal decomposition treatment can be performed without doing. However, in order to completely reform the tar content in the pyrolysis gas, a relatively large amount of high-temperature air is used in the reforming furnace in order to maintain the temperature inside the reforming furnace at a considerably high temperature (about 1000 ° C.). As a result, the calorific value of the refined gas after reforming / purification is about 1000 kcal / Nm.^ThreeThe problem that it falls to the extent has arisen. In this method, the purified gas contains a relatively large amount of methane, but it is difficult to produce a synthesis gas containing a large amount of hydrogen, leaving room for further improvement.Furthermore, as described above, the air / steam heating apparatus heats the steam etc. by the combustion heat of the refined gas, so that the useful refined gas is consumed for heating the steam etc., which is inefficient. there were.
[0011]
  The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is as follows.Reduce the amount of purified gas consumed for heating such as water vapor,An object of the present invention is to provide a solid fuel gasification system that makes it possible to omit char recycling means and to produce a synthesis gas having a high calorific value mainly composed of hydrogen and carbon monoxide.
[0012]
[Means and Actions for Solving the Problems]
  As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has found that the conventional gasification system has a relatively large amount of the crude gas or reformed gas.ofAs a result of research on a gasification system that can produce synthesis gas with low nitrogen content, focusing on the point of containing nitrogen, the supply of air to the pyrolysis furnace was cut off, and only high-temperature steam at 900 ° C or higher was pyrolyzed and gasified. It has been found that a pyrolysis gas containing a relatively large amount of hydrogen is generated by pyrolyzing solid fuel by supplying it to a furnace, and the present invention has been achieved based on such knowledge.
[0013]
  That is, the present invention provides a solid fuel gasification system for pyrolyzing solid fuel to produce synthesis gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide.
  A pyrolysis furnace (1) with the air supply cut off;
  Generated in the pyrolysis furnace and supplied from the pyrolysis furnaceA char combustion furnace (2) for burning char to generate combustion gas of 800 ° C. or lower;
  Char supply path (L2) for transferring the char from the pyrolysis furnace to the char combustion furnace,
  A steam heating device (3) for heating the steam by heat exchange between the combustion gas of the char combustion furnace and steam; and
  A high-temperature steam supply path (HS) connecting the steam heater and the pyrolysis furnace;
  A dust removal device (4) for purifying the combustion gas of the char combustion furnace between the char combustion furnace and the steam heating device;
  Combusting the combustion gas after dust removal sent from the dust removal device to the steam heating device, and a combustion gas reheating combustion unit (40) that brings about a temperature rise of the combustion gas,
  The steam heater includes a heat exchanger that heats the steam to a high-temperature steam of 900 ° C. or higher by heat exchange between the combustion gas after reheating and the steam, and the high-temperature steam is supplied to the pyrolysis furnace And pyrolyzing the solid fuel in the pyrolysis furnace only with the high-temperature steam,And the charA solid fuel gasification system is provided.
  The present invention also provides a solid fuel gasification method in which a solid fuel is pyrolyzed to produce a synthesis gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide.
  A high-temperature steam having a temperature of 900 ° C. or higher and a solid fuel are supplied into the pyrolysis furnace (1) from which the air supply is cut off, and the solid fuel in the pyrolysis furnace is pyrolyzed only by the high-temperature steam. Pyrolysis gas in the furnace areaAnd charA pyrolysis process for generating
  The charA char transfer process for transferring the gas from the pyrolysis furnace to the char combustion furnace (2);
  A char combustion step of supplying combustion air to the char combustion furnace to burn the char to generate combustion gas having a temperature of 800 ° C. or lower;
  A combustion gas purification step of purifying the combustion gas with a dust removing device (4);
  A reheat / heat exchange step of heating the water vapor to the high temperature water vapor by heat exchange between the combustion gas and water vapor after the combustion gas after dust removal is recombusted to raise the temperature of the combustion gas; A solid fuel gasification method is provided.
[0014]
  According to the above configuration of the present invention, the solid fuel gasification system uses steam combustion heat as a heat energy source to generate water vapor.900Heated above ℃,900Pyrolysis of solid fuel with high temperature steam above ℃. In the pyrolysis zone where the air supply is cut off, pyrolysis gas not containing nitrogen is generated, and generation of apportion is suppressed. Char remaining in the pyrolysis zone is incinerated in the char combustion zone, and the combustion heat of the char is supplied to a heat exchanger for steam heating using the combustion gas generated by char combustion as a heat medium, and a heat source for steam heating It is effectively used as. The combustion gas in the char combustion zone is supplied to the heat exchanger through the dust remover.IsAlthough suppressed to a temperature of 800 ° C. or lower (high temperature limit of the purification device), the combustion gas that has undergone the purification process undergoes secondary combustion or recombustion by the combustion gas reheating combustion means, and the temperature rises. The combustion gas whose temperature has risen is converted into steam by the steam heating means.900Heating to a high temperature of not less than 0 ° C., the high-temperature steam is supplied to the thermal decomposition zone as described above. The pyrolysis gas generated in the pyrolysis zone is reformed by the high-temperature steam to produce a relatively high calorific value synthesis gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Preferably, the combustion means for combustion gas reheating has an injection part for adding a part of the synthesis gas and / or combustion air to the purified combustion gas, and the injection part is, for example, a combustion gas pipe or a duct. Or a T-shaped connection with a piping or duct for synthesis gas or combustion air, or a combustor capable of mixing combustion gas with synthesis gas or combustion air. By injecting the synthesis gas or combustion air, the combustion gas is re-combusted or secondary-combusted, and the temperature of the combustion gas rises. Syngas injection is preferred when sufficient combustion air is supplied to the char combustion zone (ie when the char is substantially completely burned in the char combustion zone and the combustion gas contains a relatively large amount of oxygen). The combustion gas is reburned by the addition of synthesis gas. When the amount of combustion air supplied to the char combustion zone is limited (that is, when char is incompletely burned in the char combustion zone and the combustion gas contains a relatively large amount of carbon monoxide, etc.), It is supplied to the injection section and added to the combustion gas. By injecting the combustion air, the combustion gas undergoes secondary combustion, the temperature of the combustion gas rises, and complete combustion of the unburned portion in the combustion gas is promoted. If desired, both synthesis gas and combustion air may be added to the combustion gas.
[0020]
In a preferred embodiment of the present invention, the gasification system has a reforming furnace into which the pyrolysis gas and high-temperature steam in the pyrolysis zone are introduced, and high-temperature air of 600 ° C. or higher, preferably 900 ° C. or higher, or Oxygen is injected into the pyrolysis gas feed path or reformer. When oxygen is injected into the pyrolysis gas supply path or the reforming furnace, oxygen at normal temperature (atmospheric equivalent temperature) may be injected into the pyrolysis gas supply path or the reforming furnace. Pyrolysis gas, high-temperature steam and high-temperature air (or oxygen) are mixed in the reforming furnace, and hydrocarbons (mainly tar content) in the pyrolysis gas are converted into hydrogen and carbon monoxide by a steam reforming reaction. It is reformed to a reformed gas (synthetic gas) as a main component. Preferably, the reformed gas is purified in a subsequent purification step and supplied as a purified gas to a power generation facility, a hydrogen production apparatus, or the like. Preferably, a heat recovery device that cools the reformed gas before purification is provided, and the feed water supplied to the heat recovery device is vaporized into steam by the sensible heat of the reformed gas. This steam is supplied to the steam heater and heated to high-temperature steam as described above. More preferably, a part of the purified gas is supplied to the air heating device, and the room temperature air is heated to the high temperature air by the combustion heat of the purified gas.
[0021]
According to another embodiment of the present invention, the high-temperature steam has a temperature of 900 ° C. or higher, generation of tar content in the thermal decomposition zone is minimized, and the reforming step is omitted. .
[0022]
Preferably, a part of the refined gas or pyrolysis gas is supplied to the char combustion zone as auxiliary fuel, and the lack of char combustion heat is compensated by the combustion heat of the refined gas or pyrolysis gas. Thus, the temperature and / or flow rate of the combustion gas in the char combustion zone is adjusted, and the temperature and / or flow rate of the high-temperature steam supplied to the thermal decomposition zone is controlled. As a modification, the char combustion zone may be heated to ash melt the char incineration ash.
[0023]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block flow diagram showing a solid fuel gasification system according to a first embodiment of the present invention.
[0024]
The solid fuel gasification system includes a pyrolysis gasification furnace that thermally decomposes solid fuel such as industrial waste, a steam heating device that supplies high-temperature steam at a temperature of about 1000 ° C. to the pyrolysis gasification furnace, and pyrolysis gasification And a char combustion furnace for burning the char discharged from the furnace. The steam heating apparatus is connected to the pyrolysis gasification furnace by a high-temperature steam supply path HS. Connected to the pyrolysis gasification furnace is a solid fuel supply path L1 for supplying solid fuel to the pyrolysis gasification furnace and a char supply path L2 for supplying char of the pyrolysis gasification furnace to the char combustion furnace. Is done. The air supply path L3 is connected to the char combustion furnace, and the combustion gas delivery path L4 is connected to the steam heater. A high temperature dust removing device such as a high temperature ceramic filter capable of purifying the combustion gas is interposed in the combustion gas delivery path L4. A branch path L30 of the air supply path L3 is connected to the combustion gas delivery path L4 between the high-temperature dust removing device and the steam heating device.
[0025]
The pyrolysis gasification furnace is connected to the reforming furnace via a pyrolysis gas feed path L5, and the reforming furnace is connected to the heat recovery / gas purification apparatus via a reforming gas feed path L6. The in-furnace region of the pyrolysis gasification furnace contains air and oxygen in addition to the air and oxygen initially present in the furnace and the small amount of air that can flow into the furnace together with the solid fuel when the solid fuel is supplied. The supply is substantially cut off, and substantially only high-temperature steam is supplied to the in-furnace region of the pyrolysis gasification furnace. The pyrolysis gas of the pyrolysis gasification furnace is supplied to the reforming furnace via the pyrolysis gas feed path L5, and the reformed gas of the reforming furnace is heat-recovered / recovered via the reforming gas feed path L6. Supplied to the gas purifier. If desired, a part of the pyrolysis gas is supplied to the char combustion furnace via the branch L9.
[0026]
A water supply pipe SW and a water vapor supply path L7 are connected to the heat recovery / gas purification apparatus. The downstream end of the steam supply path L7 is connected to a steam heating apparatus, and steam generated by the recovered heat of the pyrolysis gas is supplied to the steam heating apparatus via the steam supply path L7. The heat recovery / gas purification device is connected to the power generation facility or the hydrogen production facility by a purified gas delivery path L8, and the purified gas of the heat recovery / gas purification device is supplied to the power generation facility or the hydrogen production facility as fuel gas or raw material gas. The The first branch path L11 of the purified gas supply path L8 is connected to an air heating device, and a part of the purified gas is supplied to the air heating device as air heating fuel. The high temperature air supply path L10 of the air heating device is connected to the pyrolysis gas feed path L5, and high temperature air of about 1000 ° C. is injected into the pyrolysis gas feed path L5. The second branch path L12 of the purified gas supply path L8 is connected to the char combustion furnace, and a part of the purified gas is supplied to the char combustion furnace as auxiliary fuel if desired. The third branch path L13 further branches from the purified gas supply path L8, and the downstream end of the third branch path L13 is connected to the combustion gas delivery path L4 between the high temperature dust removal device and the steam heating device.
[0027]
Solid fuel such as industrial waste is supplied to the pyrolysis gasification furnace and is introduced into the furnace area of the pyrolysis gasification furnace. An auxiliary fuel supply facility (not shown) outside the system supplies initial combustion fuel to the burner facility of the char combustion furnace, and an air supply fan interposed in the air supply path L3 supplies combustion air to the char combustion furnace. . An air preheating device (not shown) for preheating combustion air is interposed in the air supply path L3 as desired. By the combustion operation of the char combustion furnace, a combustion gas having a temperature of about 800 ° C. is sent from the char combustion furnace to the combustion gas delivery path L4, and the combustion gas is heated by steam through the high-temperature dust removal device and the combustion means for reheating the combustion gas. Supplied to the device. The combustion gas reheating combustion means is supplied with initial combustion fuel from an auxiliary fuel supply facility (not shown) outside the system.
[0028]
Relatively low-temperature steam (temperature of about 150 to 300 ° C.) is initially supplied from a process steam generator (not shown) outside the system to the steam heating device, and exchanges heat with the combustion gas of the char combustion furnace. It is heated to a high temperature of about 1000 ° C. The high temperature steam is supplied to the pyrolysis gasifier through the high temperature steam supply path HS.
[0029]
The in-furnace region (pyrolysis region) of the pyrolysis gasification furnace is cut off from the supply of air, and only the high-temperature steam of the steam heating device is supplied to the pyrolysis gasification furnace. The supply temperature of high-temperature steam from the high-temperature steam supply path HS to the pyrolysis gasification furnace (the outlet temperature of the supply path HS) is set to, for example, 1000 ° C., and the furnace pressure of the pyrolysis gasification furnace is atmospheric pressure ( Normal pressure) or 1-2 atm. The solid fuel in the pyrolysis zone is pyrolyzed by the heat of high-temperature steam introduced into the furnace of the pyrolysis gasification furnace, and a pyrolysis gas having a temperature of about 600 ° C. is generated by pyrolysis of the solid fuel. The pyrolysis gas generated in the pyrolysis zone by the pyrolysis of solid fuel that relies essentially only on high-temperature steam does not contain nitrogen, is mainly composed of hydrogen and carbon monoxide, and has a temperature of about 600 ° C. The pyrolysis gas having a, contains only a relatively small amount of tar. The pyrolysis gas is sent to the pyrolysis gas feed path L5 together with the high-temperature steam in the pyrolysis gasification furnace.
[0030]
An auxiliary fuel supply facility (not shown) outside the system supplies the initial combustion fuel to the air heating device, and the air heating device heats the air corresponding to the atmospheric temperature to a high temperature of about 1000 ° C. by the combustion heat of the fuel, High temperature air is injected from the high temperature air supply path L10 into the pyrolysis gas supply path L5. The addition of high-temperature air is to supplement the heat required for the reforming reaction in the next step (reforming step), and it is desirable to limit the amount of high-temperature air added to the minimum amount of air required for heat supply. .
[0031]
The reforming furnace consists of a hollow and non-catalytic reaction vessel. The pyrolysis gas, the high-temperature steam and the high-temperature air in the pyrolysis gas supply path L5 flow into the in-furnace region of the reforming furnace, mix in the reforming region of the reforming furnace, and hydrocarbons (mainly In this mixing process, a steam reforming reaction (endothermic reaction) of tar content occurs. The pyrolysis gas is reformed by such a reforming process into a high calorie gas containing a relatively large amount of hydrogen and carbon monoxide. In the reforming zone, the exothermic reaction of the high-temperature air and the pyrolysis gas proceeds simultaneously, so that the reformed gas (synthetic gas) having a temperature of about 800 ° C. is sent to the reformed gas feed path L6.
[0032]
The reformed gas contains a small amount of water vapor and a small amount of nitrogen supplied into the system by adding hot air. As a modification of the present embodiment, an oxygen heating device may be used in place of the above-described air heating device in order to prevent such mixing of nitrogen. In this case, oxygen preheated by the oxygen heating device is It is added to the pyrolysis gas from the supply path L10. Oxygen having a temperature equivalent to the atmosphere (normal temperature oxygen) may be added directly to the pyrolysis gas from the supply path L14.
[0033]
The reformed gas (syngas) in the reformed gas feed path L6 is introduced into the heat recovery / gas purification device. The heat recovery / gas purification device includes a heat recovery unit that generates water vapor by heat exchange between the reformed gas and feed water, and a purification unit such as a scrubber that purifies the reformed gas after heat recovery. The high-temperature reformed gas having a temperature of about 800 ° C. is cooled by exchanging heat with feed water, and the feed water is vaporized into steam and sent to the steam supply path L7. The reformed gas further passes through the purification unit, and the purification unit removes water vapor, solids, and the like in the reformed gas. The purified gas of the heat recovery / gas purification device is supplied as a fuel gas to a gas turbine engine or the like of the power generation facility via the purified gas supply path L8, or is supplied as a raw material gas to the hydrogen production facility.
[0034]
A part of the purified gas is supplied from the first branch path L11 to the air heating device. The air heating device is composed of, for example, an air heating device having a configuration described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-158885. The air heating device heats the air at about atmospheric temperature to about 1000 ° C. by the combustion heat of the purified gas, and the high temperature air supply path L10 To send. If desired, a part of the purified gas is sent to the second branch L12 as an auxiliary fuel for the char combustion furnace and supplied to the char combustion furnace.
[0035]
Part of the purified gas in the char combustion furnace or part of the combustion air in the air supply passage L3 is injected into the combustion gas delivery passage L4 from the branch passage L13 or the branch passage L30 between the high-temperature dust removal device and the steam heating device. Is done. Both purified gas and combustion air may be injected into the combustion gas delivery path L4. The refined gas or combustion air injection part has a combustor interposed in a T-shaped connection part of a pipe or duct or a combustion gas delivery path L4.
[0036]
The combustion gas temperature to be supplied to the high-temperature dust removal device is regulated to a temperature of about 600 to 800 ° C. by the combustion control of the char combustion furnace. The combustion gas is purified gas (L13) and / or combustion air (L30). ), The combustion gas temperature rises, so that the combustion gas introduced into the steam heater has a temperature exceeding 1000 ° C., for example, 1200 ° C.
[0037]
2 and 3 are a block flow diagram and a schematic structural diagram showing a heat source configuration of the gasification system according to the present embodiment.
When the pyrolysis gasification reaction of the pyrolysis gasification furnace is stabilized, the auxiliary fuel supply and the steam supply from the equipment outside the system are stopped, and the gasification system is connected to the pyrolysis gasification furnace as shown in FIG. The operation can be switched to steady operation using the char as a heat energy source for steam heating. As shown in FIG. 1, during steady operation, air (or oxygen) used for reforming the pyrolysis gas is heated by the combustion heat of the refined gas, and the steam to be supplied to the steam heating device is the same as the reformed gas. Produced by heat exchange. Therefore, during steady operation, the heat energy for heating steam, air (or oxygen), and steam is generated using char and pyrolysis gas generated in the pyrolysis gasifier 1 as energy sources.
[0038]
As shown in FIG. 3, the pyrolysis gasification furnace 1 includes a furnace body 10 which forms a pyrolysis zone 11. A hearth 12 having a large number of ventilation holes is formed in the lower part of the furnace body 10. As the hearth 12, a ceramic fixed bed having a large number of ventilation holes can be suitably used. The high temperature steam supply path HS and the char supply path L2 are connected to the furnace bottom. Solid fuel is introduced into the pyrolysis zone 11 from the solid fuel supply path L1 and is deposited on the hearth 12.
[0039]
The high-temperature steam of the steam heating device 3 is blown upward from the bottom of the furnace into the furnace, passes through the vents of the hearth 12, contacts the solid fuel 13, and heats the solid fuel 13. Pyrolysis gas is generated in the pyrolysis zone 11 by pyrolysis of the solid fuel 13. The pyrolysis gas and high-temperature steam in the pyrolysis zone 11 flow out to the pyrolysis gas feed path L5 connected to the upper part of the furnace body and are supplied to the reforming furnace 5. High-temperature air (or oxygen) in the high-temperature air supply path L10 is added to the pyrolysis gas and high-temperature steam in the pyrolysis gas feed path L5. Ordinary oxygen may be added from the supply path L14 to the pyrolysis gas supply path L5.
[0040]
Pyrolysis gas, steam and air (or oxygen) are introduced into the reforming furnace 5, mixed in the reforming furnace 5, and by a steam reforming reaction of hydrocarbons (mainly tar content) in the pyrolysis gas, A reformed gas (syngas) containing a relatively large amount of hydrogen and carbon monoxide is sent to the reformed gas supply path L6 and supplied to the heat recovery / gas purification apparatus (FIG. 1). As the reforming furnace 5, for example, a reforming furnace having a structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-210444 can be suitably used.
[0041]
The char generated by the thermal decomposition of the solid fuel 13 flows down the vent hole of the hearth 12 and is supplied to the char combustion furnace 2 through the char discharge port and the char supply path L2 provided in the furnace bottom region. The char combustion furnace 2 has a structure similar to that of the pyrolysis gasification furnace 1, and includes a furnace body 20 that forms a char combustion zone 21, and a hearth 22 that includes a large number of ventilation holes. As the hearth 22, a ceramic fixed bed having a large number of ventilation holes can be suitably used. The air supply path L 3 is connected to the bottom of the char combustion furnace 2, and the combustion gas delivery path L 4 is connected to the upper part of the char combustion furnace 2.
[0042]
The char supplied to the char combustion furnace 2 accumulates on the hearth 22, and combustion air in the air supply path L <b> 3 blows upward into the char combustion zone 21 through the vent hole of the hearth 22. The furnace temperature of the char combustion furnace 2 reaches a temperature exceeding 800 ° C. due to combustion of the char, and combustion gas having a temperature of about 600 to 800 ° C. is sent to the flow path L41 of the combustion gas delivery path L4. If desired, the purified gas in the second branch L12 or the pyrolysis gas in the branch L9 may be supplementarily supplied to the char combustion zone 11.
[0043]
The combustion gas passes through the high-temperature dust removal device 4, dust and the like in the combustion gas are removed, and the combustion gas is sent to the flow path L42. A purified gas and / or combustion air injection section 40 is connected to the flow path L42. The injection unit 40 includes a T-shaped connection portion of the branch paths L13 and L30 with respect to the flow path L42, or a combustor in which the branch paths L13 and L30 are connected. The combustion gas is used for the purified gas and / or combustion in the injection unit 40. Mix with air and re-combustion or secondary combustion.
[0044]
The branch paths L13 and L30 are provided with a control valve (not shown) for controlling the supply of purified gas and combustion air to the injection section 40. The control valve controls the flow rates of the purified gas and the combustion air so that the recombustion or secondary combustion of the combustion gas proceeds appropriately in the injection unit 40. For example, when the char in the char combustion zone 21 burns completely, the combustion gas contains a relatively large amount of oxygen, so the control valve mainly supplies the purified gas from the branch path L13 to the injection unit 40. On the other hand, when the char in the char combustion zone 21 is incompletely burned, the combustion gas contains a relatively large amount of carbon monoxide, so the control valve mainly supplies combustion air in the branch path L30 to the injection unit 40. .
[0045]
The combustion gas rises to a high temperature exceeding 1000 ° C. by recombustion or secondary combustion in the injection section 40, and is supplied to the steam heating device 3 from the flow path L43. After being heated and cooled by itself, it is discharged to the atmosphere through the exhaust passage.
[0046]
The steam heating device 3 is composed of, for example, a Jungstrom heat exchanger having high temperature efficiency, and heats the steam in the steam supply path L7 to a high temperature of about 1000 ° C. and sends it to the high temperature steam supply path HS. As the steam heating device 3, a regenerator type heat exchanger provided with a heat storage body such as a ceramic honeycomb structure or a recuperator type heat exchanger provided with a heat transfer coil may be employed. In this case, the steam supply path L7 The water vapor is heated by heat exchange between the combustion gas and the water vapor through the heat storage body, or heat exchange between the water vapor and the combustion gas flowing through the heat transfer coil.
[0047]
When the combustion amount of the combustion furnace 2 by char is insufficient, a part of the pyrolysis gas or purified gas is supplemented from the branch furnaces L9 and L12 to the burner equipment of the char combustion furnace 2.
[0048]
  4 to 7 show the present invention.Application examples (reference examples)It is a block flow figure and schematic structure figure showing composition of a gasification system concerning.
  Example aboveThen, the gasification system includes a char combustion furnace connected in series with the pyrolysis gasification furnace.Application examples (reference examples)The gasification system includes a first furnace and a second furnace arranged in parallel as shown in FIGS. 4 and 5, and the first and second furnaces also serve as a pyrolysis gasification furnace and a char combustion furnace, respectively.
[0049]
FIG. 5 shows the first step and the second step of the gasification system that are executed alternately. In the first step shown in FIG. 5 (A), the first furnace is gasified, the second furnace is char-burning, and in the second step shown in FIG. 5 (B), the first furnace is char-burning. The second furnace is gasified. The first step and the second step are alternately performed in units of several hours or tens of hours.
[0050]
In the first step shown in FIG. 5 (A), high-temperature steam is supplied to the first furnace. Pyrolysis gas generated by the gasification operation of the first furnace is supplied to the reforming furnace. The solid fuel is previously charged into the first furnace, or is continuously charged into the first furnace simultaneously with the supply of high-temperature steam.
[0051]
When the first furnace finishes the gasification operation (FIG. 5A), the second step shown in FIG. 5B is performed, and combustion air is supplied to the first furnace. In the second step, during the gasification operation of the first furnace (FIG. 5 (A)), the char remaining on the hearth portion of the first furnace is combusted by supplying combustion air, and the first furnace is a char combustion furnace. The combustion gas is sent to the dust removing device. The combustion gas removed by the dust remover is subjected to secondary combustion or recombustion by adding combustion air and / or purified gas, and the temperature is raised, and then supplied to the steam heating device, as in the first embodiment. The steam heated to about 1000 ° C. by heat exchange with the high-temperature combustion gas is supplied to the second furnace. The second furnace thermally decomposes the solid fuel by supplying high-temperature steam, and supplies the pyrolysis gas to the reforming furnace. The solid fuel is previously charged into the second furnace or is continuously charged into the second furnace simultaneously with the supply of the high temperature steam.
[0052]
When the second furnace finishes the gasification operation, the first step shown in FIG. 5 (A) is executed. In the first step, the char remaining in the hearth portion of the second furnace during the gasification operation of the second furnace (FIG. 5B) is combusted by supplying combustion air, and the second furnace is a char combustion furnace. The high-temperature combustion gas is sent to the dust removing device. The combustion gas removed by the dust removal device is subjected to secondary combustion or recombustion by adding combustion air and / or purified gas, and after being heated, is supplied to the steam heating device. The water vapor heated to about 1000 ° C. by heat exchange with the high-temperature combustion gas is supplied to the first furnace. The first furnace thermally decomposes the solid fuel by supplying high-temperature steam and supplies the pyrolysis gas to the reforming furnace.
[0053]
The first step (FIG. 5 (A)) and the second step (FIG. 5 (B)) are alternately switched at a time interval of several hours or several tens of hours, and each furnace generates pyrolysis gas. It alternately exhibits the action as a conversion furnace and the action as a char combustion furnace that generates high-temperature combustion gas by combustion of char remaining in the hearth portion.
[0054]
6 and 7 are schematic structural diagrams showing the heat source configuration of the gasification system. FIG. 6 shows a first step of the gasification system, and FIG. 7 shows a second step of the gasification system.
[0055]
The first and second furnaces 1a and 1b have substantially the same structure as the pyrolysis gasification furnace of the first embodiment, and a furnace having a large number of vent holes formed in the lower part of the furnace body 10. A floor 12 is provided. Solid fuel supply paths L1a and L1b, pyrolysis gas supply paths L5a and L5b, and combustion gas delivery paths L4a and L4b are connected to the upper part of the furnace body. The solid fuel supply paths L1a and L1b are connected to the solid fuel supply path L1 via the switching control valve V1, and the pyrolysis gas supply paths L5a and L5b are connected to the pyrolysis gas supply path L5 via the switching control valve V2. The combustion gas delivery paths L4a and L4b are connected to the combustion gas delivery path L4 via the switching control valve V3.
[0056]
Air supply paths L3a, L3b and high-temperature steam supply paths HSa, HSb are connected to the furnace bottoms of the furnaces 1a, 1b. The air supply paths L3a and L3b are connected to the air supply path L3 via the switching control valve V4, and the high temperature steam supply paths HSa and HSb are connected to the high temperature steam supply path HS via the switching control valve V5.
[0057]
The switching control valves V1 to V5 are located at the first position in the first step shown in FIG. 6, and connect the solid fuel supply path L1, the pyrolysis gas supply path L5, and the high-temperature steam supply path HS to the first furnace 1a. Then, the air supply path L3 and the gas delivery path L4 are connected to the second furnace 1b. The first furnace 1 a functions as a pyrolysis gasification furnace and supplies pyrolysis gas generated by pyrolysis of the solid fuel 13 to the reforming furnace 5. The second furnace 1 b functions as a char combustion furnace, and supplies the combustion gas generated by the combustion of the char 14 in the hearth portion to the steam heating device 3.
[0058]
The switching control valves V1 to V5 are located at the second position in the second step shown in FIG. 7, and connect the solid fuel supply path L1, the pyrolysis gas supply path L5, and the high-temperature steam supply path HS to the second furnace 1b. Then, the air supply path L3 and the gas delivery path L4 are connected to the first furnace 1a. The second furnace 1 b functions as a pyrolysis gasification furnace and supplies the reforming gas 5 with pyrolysis gas generated by pyrolysis of the solid fuel 13. The first furnace 1 a functions as a char combustion furnace, and supplies the combustion gas generated by the combustion of the char 14 in the hearth portion to the steam heating device 3.
[0059]
If desired, a part of the purified gas in the purified gas delivery path L8 may be supplementarily supplied from the second branch path L12 to the first or second furnace during char combustion, and the pyrolysis gas feed path A part of the pyrolysis gas of L5 may be supplementarily supplied from the branch path L9.
[0060]
  like thisreferenceAccording to the example, the char remaining in the hearth of each furnace 1 by the gasification operation is burned by the char combustion operation of each furnace 1 without being transferred to the char combustion furnace outside the furnace, and high temperature combustion for steam heating is performed. Gas can be generated. For this reason, it is not necessary to provide a char combustion furnace exclusively for char combustion, and the arrangement of the char supply path L2 (FIG. 1) for taking out the char from the furnace 1 and transferring it to the char combustion furnace can be omitted.
[0061]
  FIG. 8 and FIG.Reference examples for gasification systems using solid fuels, such as biomass fuels, where char is unlikely to remainIt is a block flow diagram and a schematic structure diagram.
  In the first and second embodiments, the gasification system includes a char combustion zone, a dust removal device, and combustion means for combustion gas reheating.In the reference examples of FIGS. 8 and 9 using the solid fuel in which the char does not easily remain,The gasification system of the present embodiment includes a combustor 40 that generates a high-temperature combustion gas by a combustion reaction of purified gas and air. The combustor 40 is introduced with combustion air heated by an air preheater and purified gas in the branch path L13 as desired. The combustion gas of the combustor 40 exceeding 1000 ° C. is supplied to the steam heating device 3 through the flow path L43, and heat-exchanges with steam to heat the steam to a high temperature as described above. Released to the atmosphere through the road. The steam heated to about 1000 ° C. by heat exchange with the high-temperature combustion gas is supplied to the pyrolysis gasification furnace 1, and the gasification furnace 1 thermally decomposes the solid fuel by supplying the high-temperature steam, Supply to the reforming furnace 5.
[0064]
The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications or changes can be made within the scope of the present invention described in the claims. Is possible.
[0065]
  For example, it is possible to omit the reforming step of the reforming furnace by supplying high-temperature steam having a temperature of 1000 ° C. or higher to the pyrolysis gasification furnace to minimize the generation of tar. The solid fuel may be finely pulverized before entering the thermal decomposition zone by a pretreatment step such as fine pulverization. Furthermore,Example aboveThen, the incineration ash after char combustion is discharged from the char combustion furnace, but the incineration ash can be melted by ash by raising the furnace temperature of the char combustion furnace.It is.
[0066]
【The invention's effect】
  As explained above,According to the solid fuel gasification system of the present invention, the char remaining in the furnace after pyrolysis is burned in the char combustion furnace, and the combustion heat of the char is used for steam heating by using the combustion gas generated by the char combustion as a heat medium. It is supplied to the heat exchanger and is effectively used as a heat source for steam heating.Char is char burningFurnaceThe char recycling means can be omitted. High-temperature steam heated using the heat of combustion of char as a heat energy source is supplied to the pyrolysis zone where the air supply is cut off, and solid fuel is pyrolyzed only with high-temperature steam, so pyrolysis gas that does not contain nitrogen is pyrolyzed. Occurs in the area. The pyrolysis gas is further reformed by high-temperature steam, and thus the solid fuel gasification system produces high calorific value synthesis gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide, and is used for power generation equipment, hydrogen production equipment, etc. Can be supplied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the present invention.The fruitIt is a block flow figure showing the whole solid fuel gasification system composition concerning an example.
FIG. 2 is a block flow diagram showing a heat source configuration of the gasification system shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic structural diagram showing a heat source configuration of the gasification system shown in FIG. 1;
FIG. 4 of the present inventionRelated to application examples (reference examples)It is a block flow figure showing the whole solid fuel gasification system composition.
[Figure 5]
  It is a block flow figure which shows the heat source structure of the gasification system shown in FIG.
6 is a schematic structural diagram schematically showing the heat source configuration of the gasification system shown in FIG. 4, showing the operation mode of the first step of the first and second furnaces.
7 is a schematic structural diagram schematically showing the heat source configuration of the gasification system shown in FIG. 4, showing the operation mode of the second step of the first and second furnaces. FIG.
[Fig. 8]Reference examples for gasification systems using solid fuels, such as biomass fuels, where char is unlikely to remainIt is a block flow diagram shown.
FIG. 9 is a schematic structural diagram schematically showing a heat source configuration of the gasification system shown in FIG. 8;
FIG. 10 is a block flow diagram showing an overall configuration of a conventional fuel gasification system, illustrating a gasification system of a type in which solid fuel is gasified by a gasification melting furnace.
11 is a block flow diagram showing a heat source configuration of the gasification system shown in FIG.
FIG. 12 is a block flow diagram showing an overall configuration of a conventional fuel gasification system, and illustrates a gasification system of a type in which solid fuel is pyrolyzed by a pyrolysis furnace and pyrolysis gas is reformed by a reforming furnace. Has been.
13 is a block flow diagram showing a heat source configuration of the gasification system shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Pyrolysis gasifier
2 Char combustion furnace
3 Steam heater
4 High temperature dust remover
5 Reforming furnace
40 injection part
L1 Solid fuel supply path
L2 Char supply path
L3 air supply path
L5 pyrolysis gas supply path
L10 High temperature air supply path
HS High-temperature steam supply path
V1-V5 switching control valve

Claims

In a solid fuel gasification system that pyrolyzes solid fuel and produces synthesis gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide,
A pyrolysis furnace (1) with the air supply cut off;
A char combustion furnace (2) for burning char generated in the pyrolysis furnace and supplied from the pyrolysis furnace to produce a combustion gas of 800 ° C. or lower;
Char supply path (L2) for transferring the char from the pyrolysis furnace to the char combustion furnace,
A steam heating device (3) for heating the steam by heat exchange between the combustion gas of the char combustion furnace and steam; and
A high-temperature steam supply path (HS) connecting the steam heater and the pyrolysis furnace;
A dust removal device (4) for purifying the combustion gas of the char combustion furnace between the char combustion furnace and the steam heating device;
Combusting the combustion gas after dust removal sent from the dust removal device to the steam heating device, and a combustion gas reheating combustion unit (40) that brings about a temperature rise of the combustion gas,
The steam heater includes a heat exchanger that heats the steam to a high-temperature steam of 900 ° C. or higher by heat exchange between the combustion gas after reheating and the steam, and the high-temperature steam is supplied to the pyrolysis furnace A solid fuel gasification system, wherein the solid fuel in the pyrolysis furnace is pyrolyzed only with the high-temperature steam to generate pyrolysis gas and char in the pyrolysis furnace.

The combustion means for combustion gas reheating has an injection part (40) for adding a part of the synthesis gas and / or combustion air to the purified combustion gas, and the combustion gas is synthesized in the injection part by injection of gas and / or combustion air, and re-combustion or secondary combustion, the solid fuel gasification system according to claim 1, characterized in that the temperature rise.

Solid fuel gasification system according to claim 1 or 2 air supply passage for supplying combustion air for the char burning in the char combustion furnace (L3) is characterized Rukoto connected to the char combustion furnace.

A supply path for supplying a part of the pyrolysis gas or a part of the purified gas obtained by purifying the pyrolysis gas to the char combustion zone as an auxiliary fuel for supplementing combustion heat in the char combustion zone in the char combustion furnace ( The solid fuel gasification system according to any one of claims 1 to 3, wherein L8, L12) are connected to the char combustion furnace.

A reforming furnace that communicates with the pyrolysis zone via a pyrolysis gas supply path; and an air heating device that heats the air to a high-temperature air of 600 ° C. or more by the combustion heat of the synthesis gas. The solid fuel gasification system according to any one of claims 1 to 4 , wherein air is injected into the pyrolysis gas supply path or the reforming furnace.

2. A reforming furnace that communicates with the pyrolysis zone via a pyrolysis gas feed path, and oxygen is injected into the pyrolysis gas feed path or the reforming furnace. The solid fuel gasification system of any one of thru | or 4 .

In a solid fuel gasification method for pyrolyzing a solid fuel to produce a synthesis gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide,
A high-temperature steam having a temperature of 900 ° C. or higher and a solid fuel are supplied into the pyrolysis furnace (1) from which the air supply is cut off, and the solid fuel in the pyrolysis furnace is pyrolyzed only by the high-temperature steam. A pyrolysis step of generating pyrolysis gas and char in the furnace area of
A char transfer step of transferring the char to the char combustion furnace from the pyrolysis furnace (2),
A char combustion step of supplying combustion air to the char combustion furnace to burn the char to generate combustion gas having a temperature of 800 ° C. or lower;
A combustion gas purification step of purifying the combustion gas with a dust removing device (4);
A reheat / heat exchange step of heating the water vapor to the high temperature water vapor by heat exchange between the combustion gas and water vapor after the combustion gas after dust removal is recombusted to raise the temperature of the combustion gas; A method for gasifying solid fuel.

The solid fuel gasification method according to claim 7, wherein a part of the synthesis gas and / or combustion air is added to the purified combustion gas to re-combust or secondary-combust the combustion gas. .

9. The solid fuel gasification method according to claim 7, wherein combustion air for char incineration is supplied into a char combustion furnace.

8. A part of the pyrolysis gas or a part of the purified gas obtained by purifying the pyrolysis gas is supplied to the char combustion furnace as auxiliary fuel for supplementing the combustion heat of the char combustion furnace. The solid fuel gasification method according to any one of claims 1 to 9.

8. The temperature and / or flow rate of the high-temperature steam supplied to the pyrolysis furnace is controlled by adjusting the temperature and / or flow rate of the combustion gas in the char combustion zone in the char combustion furnace. The solid fuel gasification method described.