JP4540515B2 - ガス化炉内のガス吹き抜け部検出システム - Google Patents

Description

本発明は、ガス化炉内に発生したガス吹き抜け部分の発生場所を特定するガス化炉内のガス吹き抜け部検出システムに関するものである。

近年、木屑や廃木材などの木質系バイオマス、あるいは、一般ごみなどの廃棄物系バイオマスをガス化炉で熱分解してガス化し、ガス化によって生成した生成ガスを、燃料としてガスエンジンに供給して発電を行うバイオマスガス化発電システムの研究開発が行われている。

このバイオマスのガス化に関連して、炭化水素含有廃棄物を反応器に投入すると共に、酸素含有ガスを反応器の下部より注入して炭化水素含有廃棄物を熱分解し、この熱分解によって生じた生成ガス、例えば、ガス状燃焼生成物を反応器の上部から抜き出すと共に、固形残留物を反応器の下部から抜き出す炭化水素含有廃棄物の処理方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特表２０００−５１７４０９公報

本発明者は、特許文献１と同じ原理のガス化炉の開発を行っている。

このガス化炉１は、図７に示すように、筒形に形成した縦型の炉本体２の上部に被処理物供給装置３及び生成ガス取出管４を設ける一方、炉本体２の下部に酸素含有ガス供給管５及び残さ抜出装置６を設けている。

そして、炉本体２の上部に設けた被処理物供給装置３から炉本体２内に炭化水素含有廃棄物などの被処理物Ａを投入し、自重によって被処理物Ａを降下させながら、乾燥帯Ｚｄにおいて被処理物Ａを乾燥し、熱分解帯Ｚｃにおいて被処理物Ａを熱分解し、燃焼帯Ｚｂにおいて被処理物Ａを燃焼させ、最後に、冷却帯Ｚａを経て残さ抜出装置６より被処理物の残さＡｃを抜き出している。

残さＡｃの抜き出しには、モーター７によって回転するテーブルフィーダー８を使用する。また、炉本体２と被処理物供給装置３とを接続する被処理物供給ダクト９には、シールゲート１０及び１１を上下２段に設け、生成ガスの流出を防いでいる。また、炉本体２に設けた温度計測器１２によって燃焼帯Ｚｂにおける燃焼温度を検出し、酸素含有ガス（酸化剤ガスともいう。）Ｇａ及び蒸発促進用水蒸気Ｇｂの供給量を調整している。

図中、１３は水蒸気供給管、１４は炉内の圧力を計測する圧力計、１５は被処理物Ａの嵩高を計測するリミットスイッチ、１６は着火用の加熱空気Ａｈを供給する加熱空気供給装置を示している。

このガス化炉によれば、燃焼帯Ｚｂの熱によって熱分解帯Ｚｃの被処理物Ａが熱分解してガス化する。そして、熱分解帯Ｚｃで生成された熱分解ガスの熱によって乾燥帯Ｚｄの被処理物Ａを乾燥すると共に、乾燥帯Ｚｄの被処理物Ａによって熱分解ガスに含まれている飛灰等を除去する。このため、比較的清浄な熱分解ガス（生成ガス）Ｇｃを得ることができる。

因みに、冷却帯Ｚａの温度は、約２００℃、燃焼帯Ｚｂの温度は、約１０００℃〜約１２００℃、熱分解帯Ｚｃの温度は、熱分解ガスを発生させるため、ガス化効率を考慮して約５００℃に維持される。また、乾燥帯Ｚｄの温度は、約８０℃〜約２００℃に維持される。また、生成ガスＧｃは、約８０℃の温度で排出される。

バイオマスガス化炉の燃焼帯Ｚｂでは、炉壁に近接した部分よりも中央部の温度がやや高くなる傾向があるが、通常は、所定の燃焼温度を維持しながら燃焼している。ところが、図８に示すように、何らかの原因で熱分解帯Ｚｃ内にガス吹き抜け部（空洞部）Ｃが発生すると、燃焼帯Ｚｂ内で発生した熱が酸素含有ガス供給管５より供給した酸素含有ガスＧａが通過し易いガス吹き抜け部Ｃに集中することから、ガス吹き抜け部Ｃが激しく燃焼し、ガス吹き抜け部Ｃの燃焼温度が異常に高くなる。

このように、ガス吹き抜け部Ｃが激しく燃焼し、その部分の燃焼温度が異常に高くなると、ガス吹き抜け部Ｃの真上に位置する熱分解帯Ｚｃの被処理物Ａが燃焼する事態が発生する。熱分解帯Ｚｃが燃焼すると、熱分解帯Ｚｃにおける熱分解量が減少し、強いては、熱分解ガスの発生量が減少する事態になるという問題があった。

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、ガス化炉の燃焼帯の温度分布を３次元的に計測し、以て、燃焼帯におけるガス吹き抜け部の場所を特定することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。

請求項１に記載の発明に係るガス化炉内のガス吹き抜け部検出システムは、炉体内に投入した被処理物を、自重によって乾燥帯Ｚｄ、熱分解帯Ｚｃ、燃焼帯Ｚｂ及び冷却帯Ｚａの順に降下させると共に、炉体の下部から供給した酸化剤ガスによって部分燃焼及び熱分解させ、この熱分解によって生じた生成ガスを炉体の上部から抜き出す一方、炉体の下部から燃焼灰や残さを抜き出すガス化炉において、
前記熱分解帯Ｚｃに対応する炉体部分に複数の温度計を多段に設け、この温度計群によって熱分解帯Ｚｃの鉛直方向の温度分布を計測し、
更に、前記温度計群を構成する温度計のうち、設定温度よりも温度上昇を示した箇所の温度計を熱分解帯Ｚｃの中心部に向けて繰り出して熱分解帯Ｚｃの水平方向の温度分布を計測し、
前記鉛直方向の温度分布及び水平方向の温度分布に基づいて周囲より温度が高くなっているガス吹き抜け部の場所を特定することを特徴としている。

請求項２に記載の発明に係るガス化炉内のガス吹き抜け部検出システムは、前記温度計群を、熱分解帯Ｚｃの中心部に向けて繰り出して熱分解帯Ｚｃの水平方向の温度分布を計測すると共に、前記温度計群を通常よりも短い周期で熱分解帯Ｚｃの中心部に向けて繰り出して熱分解帯Ｚｃの被処理物を突き崩すことを特徴とするものである。

上記のように、請求項１に記載の発明に係るガス化炉内のガス吹き抜け部検出システムは、炉体内に投入した被処理物を、自重によって乾燥帯Ｚｄ、熱分解帯Ｚｃ、燃焼帯Ｚｂ及び冷却帯Ｚａの順に降下させると共に、炉体の下部から供給した酸化剤ガスによって部分燃焼及び熱分解させ、この熱分解によって生じた生成ガスを炉体の上部から抜き出す一方、炉体の下部から燃焼灰や残さを抜き出すガス化炉において、
前記熱分解帯Ｚｃに対応する炉体部分に複数の温度計を多段に設け、この温度計群によって熱分解帯Ｚｃの鉛直方向の温度分布を計測し、
更に、前記温度計群を構成する温度計のうち、設定温度よりも温度上昇を示した箇所の温度計を熱分解帯Ｚｃの中心部に向けて繰り出して熱分解帯Ｚｃの水平方向の温度分布を計測し、
前記鉛直方向の温度分布及び水平方向の温度分布に基づいて周囲より温度が高くなっているガス吹き抜け部の場所を特定するため、ガス化炉における熱分解帯Ｚｃの温度分布を３次元的に計測することができる。その結果、熱分解帯Ｚｃにおけるガス吹き抜け部の場所を比較的容易に、しかも、精度よく、特定することができる。

また、本発明によれば、人員を常駐させることなく、ガス化炉内の水平方向及び鉛直方向の温度分布を自動的に計測することができる利点もある。

請求項２に記載の発明に係るガス化炉内のガス吹き抜け部検出システムは、前記温度計群を、熱分解帯Ｚｃの中心部に向けて繰り出して熱分解帯Ｚｃの水平方向の温度分布を計測すると共に、前記温度計群を通常よりも短い周期で熱分解帯Ｚｃの中心部に向けて繰り出して熱分解帯Ｚｃの被処理物を突き崩すため、突き棒などの専用の装置を用いなくても、熱分解帯Ｚｃの被処理物Ａを突き崩してガス吹き抜け部Ｃを埋め戻すことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係るガス吹き抜け部検出システムを適用したガス化炉の概略構成図であり、炉１内に投入した被処理物Ａを、自重によって乾燥帯Ｚｄ、熱分解帯Ｚｃ、燃焼帯Ｚｂ及び冷却帯Ｚａの順に降下させると共に、炉１の下部から供給した酸化剤ガスＧａによって部分燃焼及び熱分解させ、その際に生じた生成ガスＧｃを炉１の上部から抜き出す一方、炉１の下部から燃焼灰や残さＡｃを抜き出すようになっていることはいう迄もない。

図１に示すように、このガス化炉１は、熱分解帯Ｚｃに対応する炉本体部分２ａに複数の温度計２０₁ 〜２０₃ を多段に設け、これらの複数の温度計２０₁ 〜２０₃ によって構成された多段温度計群２０ａによって熱分解帯Ｚｃの鉛直方向の温度分布を計測するようにしている。この温度計２０₁ 〜２０₃ は、所定の間隔を持って水平に設けられている。また、この多段温度計群２０ａの下方には、既存の温度計（常用温度計ともいう。）２１が設けられている。

図１から分かるように、多段用温度計２０₁ 〜２０₃ 及び常用温度計２１は、それぞれ、同一平面内に所定の間隔（例えば、９０度の間隔）を保持して複数設けられている。

多段用温度計２０₁ 〜２０₃ 及び常用温度計２１は、被処理物Ａの自重による降下を妨げないように、通常、炉本体部分２ａ内に待機しているが、ガス化炉１の中心部に向けて繰り出せるようになっている。

多段用温度計２０₁ 〜２０₃ 及び常用温度計２１をガス化炉１の中心部に向けて繰り出す繰出し方式としては、ラック・ピニオン方式、シリンダー方式などの多くの方式があるが、この発明では、ラック・ピニオン方式を採用した。

このため、この発明では、図２に示すように、多段用温度計２０₁ 〜２０₃ や常用温度計２１の鞘部２２の後半部分の外面にラック２３を取り付け、このラック２３にピニオン２４を噛み合わせている。

上記多段用温度計２０₁ 〜２０₃ 及び常用温度計２１は、先端部が閉止した耐熱製の鞘部２３内に熱電対などの温度センサー２５を内蔵している。この温度センサー２５は、リード線２６を介してコンピュータなどの制御装置２７に接続し、計測値（計測温度）を制御装置２７に入力するようになっている。

このような装置構成とすることで、多段用温度計２０₁ 〜２０₃ の繰り出し長さを任意に設定でき、その結果、熱分解帯Ｚｃの鉛直方向の温度分布、及び水平方向の温度分布を検知することができる。

他方、多段用温度計２０₁ 〜２０₃ の繰り出し長は、従来から行われているように、ピニオン２４の回転数やピニオン２４が発するパルス数に基づいて制御装置２７が演算するようになっている。また、この制御装置２７は、熱分解帯Ｚｃの鉛直方向の温度分布及び水平方向の温度分布に基づいて周囲より温度が高くなっているガス吹き抜け部Ｃの場所を特定するようになっている。

この制御装置２７における制御方法を図４により説明する。

図４では、常用温度計２１によって連続的に計測している燃焼帯Ｚｂの温度（ａ）と多段温度計群２０ａによって間欠的（例えば、２０分に１回）に計測する熱分解帯Ｚｃの温度（ｂ）を模式的に示してある。また、ここでは、多段温度計群２０ａの温度計２０₁ 〜２０₃ のうち、１つの温度を例示している。

上記（ａ）及び（ｂ）温度比較から、次のような制御を行う。
−定常運転の判断−
温度（ｂ）が温度（ａ）より低く、かつある範囲にあれば、定常運転と判断する。これは、熱分解帯Ｚｃの温度が燃焼帯Ｚｂの温度より低いこと、及びある程度の温度変動があることによる。

図４で、定常運転時の温度（ｂ）が波打っているのは、間欠的に内部温度を計測しているためである。すなわち、山部分は、多段温度計群２０ａを内部に繰り出した時の計測温度、谷部分は、多段温度計群２０ａが待機中の炉壁近傍温度である。

−吹抜けの判断−
温度（ｂ）のトレンドが上昇を始めたら吹き抜けと判断する。これは、吹き抜けにより、下層の燃焼帯Ｚｂの温度に近づくためである。（図５参照）。

−システムの起動−
温度（ｂ）が温度（ａ）に対してある温度範囲（例えば、５５０℃〜１０００℃）に入ったら吹き抜け解消システムを起動する。これは、間欠的な温度計測よりも短い周期（例えば、５分に１回）でガス化炉１の中心部に向けて多段温度計群２０ａを繰り出すもので、被処理物Ａを突き崩してガス吹き抜け部Ｃを埋め戻すことができるのである（図６参照）。

−解消対応−
システム起動中の温度（ｂ）のトレンドが下降し始めたら、前記システムを停止し、通常の間欠的な温度計測を行う。

以上、説明したように、本発明によれば、ガス吹き抜け部Ｃの検知、及び突き棒の作用による埋め戻しが、自動で行えるのである。

本発明に係るガス吹き抜け部検出システムを適用したガス化炉の概略構成図である。 ラック・ピニオンを装着した温度計の一部断面を含む側面図である。 本発明に係るガス吹き抜け部検出システムのフローチャートである。 本発明に係るガス吹き抜け部検出システムを適用したガス化炉の温度トレンド図である。 温度計が炉本体内に待機している状態を示す図である。 常用温度計が突き棒の役目を持っている説明図である。 本発明のべースとなるガス化炉の概略構成図である。 図７のガス化炉の作用図である。

符号の説明

１ ガス化炉
２ 炉体
２ａ 熱分解帯Ｚｃに対応する炉体部分
２０₁ 〜２０₃ 温度計
２０ａ 温度計群
Ａ 被処理物
Ｇａ 酸化剤ガス
Ｇｃ 生成ガス
Ａｃ 残さ
Ｃ ガス吹き抜け部

Claims (2)

1. 炉体内に投入した被処理物を、自重によって乾燥帯Ｚｄ、熱分解帯Ｚｃ、燃焼帯Ｚｂ及び冷却帯Ｚａの順に降下させると共に、炉体の下部から供給した酸化剤ガスによって部分燃焼及び熱分解させ、この熱分解によって生じた生成ガスを炉体の上部から抜き出す一方、炉体の下部から燃焼灰や残さを抜き出すガス化炉において、
   前記熱分解帯Ｚｃに対応する炉体部分に複数の温度計を多段に設け、この温度計群によって熱分解帯Ｚｃの鉛直方向の温度分布を計測し、
   更に、前記温度計群を構成する温度計のうち、設定温度よりも温度上昇を示した箇所の温度計を熱分解帯Ｚｃの中心部に向けて繰り出して熱分解帯Ｚｃの水平方向の温度分布を計測し、
   前記鉛直方向の温度分布及び水平方向の温度分布に基づいて周囲より温度が高くなっているガス吹き抜け部の場所を特定することを特徴とするガス化炉内のガス吹き抜け部検出システム。
2. 前記温度計群を、熱分解帯Ｚｃの中心部に向けて繰り出して熱分解帯Ｚｃの水平方向の温度分布を計測すると共に、前記温度計群を通常よりも短い周期で熱分解帯Ｚｃの中心部に向けて繰り出して熱分解帯Ｚｃの被処理物を突き崩すことを特徴とする請求項１記載のガス化炉内のガス吹き抜け部検出システム。

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