JP5368724B2 - バイオマスガス化システム、及びバイオマスガス化システムにおけるガス化装置の運転停止方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばバイオマス原料を熱分解することによって発生する熱分解ガスを燃料ガスとして利用するバイオマスガス化システム、該バイオマスガス化システムに備えられるガス化装置の運転停止方法に関する。

近年、木材チップ等のバイオマス原料を加熱してガス化し、生成されたガスを燃料ガスとして用いて発電を行うバイオマスガス化発電システムが実用化されるようになってきた。このようなバイオマスガス化発電システムでは、ガス化炉において、原料のバイオマスを低酸素下で加熱して熱分解すると、主に一酸化炭素、水素及び炭化水素よりなる熱分解ガスが発生する。

そして、この熱分解ガスを冷却及び精製することにより燃料ガスとしてデュアルフューエルエンジン発電、ガスエンジン発電、ガスタービン発電あるいは燃料電池等の種々の発電用設備等に供給して利用している。なお、こうしたバイオマスガス化発電システムに用いられるガス化炉には、該ガス化炉内に燃焼用の空気を供給するための空気供給管が設けられている（例えば、特許文献１）。
特開２００７−２３８７０６号公報

ところで、特許文献１では、ガス化炉の内部と外部とが空気供給管を介して連通している構成であるため、ガス化炉の運転を停止した場合には、ガス化炉内の残留ガスが空気供給管を介して外部に漏れるおそれがあるという問題があった。

本発明は、このような課題に着目してなされたものである。その目的とするところは、ガス化炉の運転を停止した場合に、ガス化炉内の残留ガスが空気供給管を介して外部に漏れるおそれをなくすことが可能なバイオマスガス化システム、及びバイオマスガス化システムにおけるガス化装置の運転停止方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、バイオマス原料を加熱して熱分解ガスを発生させるガス化炉と、該ガス化炉内に空気を供給する空気供給管とを備え、前記空気供給管に、非通電時には閉弁されるとともに通電時には開弁される常閉型電磁弁を設けたガス化装置と、該ガス化装置に前記バイオマス原料を供給する原料供給手段と、前記ガス化装置で発生した前記熱分解ガスを、ガス管を通して下流側へ送出するガス送出手段と、前記ガス管における前記ガス化装置と前記ガス送出手段との間に設けられたバルブと、前記原料供給手段の供給動作、前記常閉型電磁弁の開閉動作、前記バルブの開閉動作、及び前記ガス送出手段の送出動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ガス化装置の運転を停止する場合には、前記原料供給手段の供給動作を停止させてから前記ガス送出手段の送出動作を停止させた後、前記常閉型電磁弁及び前記バルブを閉弁動作させることを要旨とする。

この構成によれば、ガス化装置の運転を停止する場合に、制御手段が、原料供給手段の供給動作を停止させてからガス送出手段の送出動作を停止させた後、常閉型電磁弁及びバルブを閉弁動作させるため、下流側の熱分解ガスが逆流してガス化炉から空気供給管を介して外部に漏れるおそれをなくすことが可能となる。

請求項２に記載の発明は、バイオマス原料を加熱して熱分解ガスを発生させるガス化炉と、該ガス化炉内に空気を供給する空気供給管とを備え、前記空気供給管に、非通電時には閉弁されるとともに通電時には開弁される常閉型電磁弁を設けたガス化装置へのバイオマス原料の供給を停止する原料供給停止ステップと、前記ガス化装置で発生した前記熱分解ガスのガス管を通した下流側への送出を停止するガス送出停止ステップと、前記ガス管を遮断するガス管遮断ステップと、前記常閉型電磁弁の閉弁により、前記空気供給管から前記ガス化装置への空気の供給を停止する空気供給停止ステップとを備え、前記ガス化装置の運転を停止する場合には、前記原料供給停止ステップ、前記ガス送出停止ステップ、前記ガス管遮断ステップ及び前記空気供給停止ステップの順に動作されることを要旨とする。

この構成によれば、請求項１と同様の作用効果を得ることが可能となる。

本発明によれば、ガス化炉の運転を停止した場合に、ガス化炉内の残留ガスが空気供給管を介して外部に漏れるおそれをなくすことが可能なバイオマスガス化システム、及びバイオマスガス化システムにおけるガス化装置の運転停止方法を提供することができる。

以下、本発明をバイオマスガス化発電システムに具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、バイオマスガス化システムとしてのバイオマスガス化発電システム１１は、おが屑等の木質のバイオマス原料を投入するための原料供給手段としての投入ホッパ１２と、投入されたバイオマス原料を加熱して熱分解ガスを発生させるガス化炉１３と、発生した熱分解ガスを一時滞留させて熱分解ガス中に含まれるタール等を分解除去する滞留槽１４とを備えている。

滞留槽１４の下流側には熱分解ガスの冷却を行う冷却装置１５が設けられ、該冷却装置１５の下流側には熱分解ガスの除塵を行うバグフィルタ１９が設けられている。冷却装置１５は、熱分解ガス中の煤などの粉塵を幾分除去しながら該熱分解ガスを冷却する水冷式サイクロン１６と、熱分解ガスを冷却する一次冷却器１７及び二次冷却器１８とを備えている。

ガス化炉１３で発生した熱分解ガスは約８００〜９００℃の高温で、例えば水冷式サイクロン１６で約６００℃、一次冷却器１７で約４００〜５００℃、二次冷却器１８で約５０〜８０℃程度に順次冷却される。水冷式サイクロン１６、一次冷却器１７及び二次冷却器１８で使用される冷却水ｗは、クーリングタワー２０で気化熱を奪うことでその水温を下げてポンプ２１により各部を通る経路で循環される。

バグフィルタ１９は冷却装置１５によって冷却された後の熱分解ガスの最終的な除塵を行って燃料ガスとするようになっており、バグフィルタ１９の下流側にはガス送出手段としての送風機２２が設けられている。したがって、送風機２２が下流側へ送風することで、送風機２２の上流側にはガスを下流側へ引き込もうとする負圧が発生するようになっている。すなわち、送風機２２は、下流側へ送風することで、熱分解ガス（燃料ガス）を上流側から下流側に向かって送出するようになっている。

そして、送風機２２は、バグフィルタ１９で除塵された燃料ガスを該送風機２２の吸引力で引き込んで発電装置２３へ送り込むとともに、例えば発電装置２３の運転停止時などには燃料ガスをフレアスタック２４へ送り込むようになっている。フレアスタック２４へ送り込まれた燃料ガスは、燃焼されてから排気される。もちろん、発電装置２３で使用されない余分な燃料ガスをガスタンクに一時貯留する構成も採用できる。

発電装置２３は、燃料ガスの燃焼で運転駆動されるエンジン２５と、該エンジン２５の回転出力を利用して発電する発電機２６とを備えている。そして、このバイオマスガス化発電システム１１からは、発電機２６で発電される電気や、エンジン２５の排気ガスの廃熱を利用した温水等が得られるようになっている。なお、本実施形態における発電装置２３は、デュアルフューエルエンジン発電方式を採用している。

図２に示すように、滞留槽１４、水冷式サイクロン１６、一次冷却器１７、二次冷却器１８、バグフィルタ１９、送風機２２、及び発電装置２３は、順次ガス管２７によって連結されている。そして、ガス管２７における一次冷却器１７と二次冷却器１８との間の位置には、該ガス管２７内を開閉可能なバルブとしての電磁弁２８が設けられている。

ガス化炉１３及び滞留槽１４は、ともに中空の円柱状をなしており、互いにほぼ同じ高さで水平方向に離間した横並び状態に配置されている。ガス化炉１３と滞留槽１４とは、これらの上下方向の中央部において接続管２９により連通状態で接続されている。また、ガス化炉１３の上端中央部には投入部１３ａが突設されており、該投入部１３ａに投入ホッパ１２が接続されている。一方、滞留槽１４の上端中央部にはガス排出部１４ａが突設されており、該ガス排出部１４ａにはガス管２７の上流端部が接続されている。

ガス化炉１３内の下端部には該ガス化炉１３内を上下に隔絶する底壁３０が設けられており、ガス化炉１３における底壁３０よりも下側は台座部３１とされている。ガス化炉１３内における接続管２９よりも少し上側の位置には該ガス化炉１３内を上下に区画する円板状の火格子３２が設けられている。火格子３２には図示しない多数の貫通孔が形成されている。そして、ガス化炉１３内において、火格子３２よりも上側の領域はバイオマス原料を熱分解して熱分解ガスを発生させるための熱分解室３３とされ、火格子３２と底壁３０との間の領域は熱分解室３３で発生したバイオマス原料の灰（燃えかす）を溜めるための灰溜室３４とされている。

ガス化炉１３内の底壁３０の中央部にはステンレス綱よりなる円筒状の空気供給管３５が貫設されており、該空気供給管３５における底壁３０から上側の部分は上方に向かって真っ直ぐに延びて火格子３２の中央部を貫通している。したがって、空気供給管３５の上端部は熱分解室３３に位置している。そして、空気供給管３５の上端部における周壁には、該空気供給管３５の内外を連通する複数の空気供給孔３５ａが形成されている。

一方、空気供給管３５における底壁３０よりも下側の部分は、台座部３１内においてほぼ直角に側方へ屈曲され、台座部３１の周壁を貫通してガス化炉１３の外部まで延びている。そして、ガス化炉１３の外部における空気供給管３５の途中位置には該空気供給管３５内を開閉可能な弁としての常閉型電磁弁３６が設けられている。ガス化炉１３の外部における空気供給管３５の先端は大気に開放された大気開放部３５ｂとされている。

常閉型電磁弁３６は、いわゆるスプリングリターン方式の電磁弁であり、非通電時には図示しないスプリングの付勢力によって閉弁状態に維持されるとともに通電時には磁力によりスプリングの付勢力に抗して開弁状態に維持されるようになっている。また、バイオマスガス化発電システム１１は制御手段としての制御部３７を備えており、該制御部３７は投入ホッパ１２、送風機２２、電磁弁２８、及び常閉型電磁弁３６とそれぞれ電気的に接続されている。

そして、制御部３７は、投入ホッパ１２及び送風機２２の駆動状態と、電磁弁２８及び常閉型電磁弁３６の開閉動作とを制御するようになっている。なお、本実施形態では、ガス化炉１３と空気供給管３５とによりガス化装置が構成されている。

次に、バイオマスガス化発電システム１１の作用について説明する。
（ガス化装置の運転時）
ガス化装置の運転時には、電磁弁２８及び常閉型電磁弁３６が開弁状態に維持されているとともに、投入ホッパ１２及び送風機２２が駆動している。このため、投入ホッパ１２からバイオマス原料がガス化炉１３の熱分解室３３に供給（投入）されると、該バイオマス原料が該熱分解室３３で加熱されて熱分解ガスが発生する。このとき、送風機２２の吸引力は熱分解室３３まで及ぶため、該吸引力により空気供給管３５の大気開放部３５ｂから空気（大気）が吸い込まれて、該空気供給管３５の各空気供給孔３５ａから熱分解室３３に燃焼用の空気が供給される。

熱分解室３３で発生した熱分解ガスは、火格子３２の各貫通孔（図示略）を通り、灰溜室３４及び接続管２９を経て滞留槽１４内に向かう。引き続き、熱分解ガス（燃料ガス）は、滞留槽１４のガス排出部１４ａからガス管２７を通って発電装置２３に供給される。

（ガス化装置の運転停止時）
ガス化装置を運転状態から停止させる場合には、運転停止ボタン（図示略）を押す。すると、制御部３７により投入ホッパ１２の駆動が停止され、投入ホッパ１２からのガス化炉１３の熱分解室３３へのバイオマス原料の供給が停止される（原料供給停止ステップ）。続いて、制御部３７により送風機２２の駆動が停止されると、熱分解室３３の熱分解ガスの下流側への送出（吸引）が停止される（ガス送出停止ステップ）。

続いて、制御部３７により電磁弁２８が閉弁されると、ガス管２７が遮断され（ガス管遮断ステップ）、制御部３７により常閉型電磁弁３６が閉弁されると、空気供給管３５から熱分解室３３への燃焼用の空気の供給が停止される（空気供給停止ステップ）。このようにして、ガス化装置の運転が停止される。

このとき、熱分解室３３には熱分解ガスが残留しているが、常閉型電磁弁３６が閉弁されているため、この残留している熱分解ガスが空気供給管３５の大気開放部３５ｂから大気中に放出されることはない。さらにこのとき、電磁弁２８も閉弁されているため、ガス管２７における電磁弁２８よりも下流側の熱分解ガスが熱分解室３３へ逆流することはない。したがって、熱分解室３３に残留している熱分解ガスは、常閉型電磁弁３６と電磁弁２８との間の流路に閉じこめられる。

なお、停電によってバイオマスガス化発電システム１１（ガス化装置）が突然停止して制御不能状態に陥った場合でも、常閉型電磁弁３６は非通電状態では自動的に閉弁状態に維持されるため、熱分解室３３の熱分解ガスが空気供給管３５の大気開放部３５ｂから大気中に放出されることはない。

以上詳述した実施形態によれば次の効果が得られる。
（１）空気供給管３５には常閉型電磁弁３６が設けられているため、ガス化装置の運転を停止した際に、常閉型電磁弁３６を閉弁することで、ガス化炉１３の熱分解室３３に残留している熱分解ガスが空気供給管３５を介して大気中に漏れるおそれをなくすことができる。

（２）停電によってバイオマスガス化発電システム１１（ガス化装置）が突然停止して制御不能状態に陥った場合でも、常閉型電磁弁３６が自動的に閉弁されるため、ガス化炉１３の熱分解室３３に残留している熱分解ガスが空気供給管３５を介して大気中に漏れるおそれをなくすことができる。

（３）ガス化装置の運転を停止する際に、制御部３７が、投入ホッパ１２を停止させてから送風機２２を停止させた後、常閉型電磁弁３６及び電磁弁２８を閉弁動作させるため、下流側の熱分解ガスが逆流してガス化炉１３から空気供給管３５を介して大気中に漏れるおそれをなくすことができる。

（変更例）
なお、上記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・電磁弁２８は省略してもよい。

・電磁弁２８及び常閉型電磁弁３６のうち少なくとも一方を、手動で開閉可能な弁に変更してもよい。
・電磁弁２８は、ガス管２７における送風機２２よりも上流側に位置であれば、いずれの位置に設けてもよいし、複数設けるようにしてもよい。

・空気供給管３５に常閉型電磁弁３６を複数設けるようにしてもよい。
・ガス化装置の運転を停止する際には、電磁弁２８及び常閉型電磁弁３６のうちいずれか一方を他方よりも先に閉弁してもよいし、電磁弁２８及び常閉型電磁弁３６を同時に閉弁してもよい。

・電磁弁２８を常閉型電磁弁３６に変更してもよい。あるいは、常閉型電磁弁３６を電磁弁２８に変更してもよい。
・バイオマス原料は、木質のバイオマス原料に限定されない。ガス化炉１３での加熱により熱分解ガスを生成するバイオマス原料であればよい。

・バイオマスガス化発電システム１１の発電装置２３は、デュアルフューエルエンジン発電方式に限定されず、例えばガスエンジン発電方式、タービン発電方式、あるいは燃料電池発電方式であってもよい。

実施形態のバイオマスガス化発電システムの概略構成を示すブロック図。 図１の電気的構成を示す概略構成図。

符号の説明

１１…バイオマスガス化システムとしてのバイオマスガス化発電システム、１２…原料供給手段としての投入ホッパ、１３…ガス化装置を構成するガス化炉、２２…ガス送出手段としての送風機、２７…ガス管、２８…バルブとしての電磁弁、３５…ガス化装置を構成する空気供給管、３６…弁としての常閉型電磁弁、３７…制御手段としての制御部。

Claims (2)

1. バイオマス原料を加熱して熱分解ガスを発生させるガス化炉と、該ガス化炉内に空気を供給する空気供給管とを備え、前記空気供給管に、非通電時には閉弁されるとともに通電時には開弁される常閉型電磁弁を設けたガス化装置と、
   該ガス化装置に前記バイオマス原料を供給する原料供給手段と、
   前記ガス化装置で発生した前記熱分解ガスを、ガス管を通して下流側へ送出するガス送出手段と、
   前記ガス管における前記ガス化装置と前記ガス送出手段との間に設けられたバルブと、
   前記原料供給手段の供給動作、前記常閉型電磁弁の開閉動作、前記バルブの開閉動作、及び前記ガス送出手段の送出動作を制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記ガス化装置の運転を停止する場合には、前記原料供給手段の供給動作を停止させてから前記ガス送出手段の送出動作を停止させた後、前記常閉型電磁弁及び前記バルブを閉弁動作させることを特徴とするバイオマスガス化システム。
2. バイオマス原料を加熱して熱分解ガスを発生させるガス化炉と、該ガス化炉内に空気を供給する空気供給管とを備え、前記空気供給管に、非通電時には閉弁されるとともに通電時には開弁される常閉型電磁弁を設けたガス化装置へのバイオマス原料の供給を停止する原料供給停止ステップと、
   前記ガス化装置で発生した前記熱分解ガスのガス管を通した下流側への送出を停止するガス送出停止ステップと、
   前記ガス管を遮断するガス管遮断ステップと、
   前記常閉型電磁弁の閉弁により、前記空気供給管から前記ガス化装置への空気の供給を停止する空気供給停止ステップと
   を備え、
   前記ガス化装置の運転を停止する場合には、前記原料供給停止ステップ、前記ガス送出停止ステップ、前記ガス管遮断ステップ及び前記空気供給停止ステップの順に動作されることを特徴とするバイオマスガス化システムにおけるガス化装置の運転停止方法。

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