JP5699523B2 - ガス生成量制御方法及びガス生成量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、石炭、バイオマス等の固体有機物（原料）と水蒸気等のガス化剤を、加熱された循環媒体としての砂等の固体粒子で加熱し、ガス化剤との化学反応により固体有機物からなる原料をガス化するガス化システムにおけるガス生成量制御方法及びガス生成量制御装置に関する。

石炭、バイオマス等の固体有機物（原料）と水蒸気等のガス化剤を、加熱された循環媒体により加熱し、ガス化剤との化学反応により原料をガス化するガス化システムが広く提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

このようなガス化システムにおいて、原料とガス化剤を循環媒体で加熱して原料をガス化するガス化炉と、ガス化炉でガス化されなかったチャーを燃焼させることで前記循環媒体を加熱する加熱炉を備える、いわゆる二塔式のガス化システムが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

上記二塔式のガス化システムにおいては、加熱炉内を上昇した循環媒体はサイクロンにより分離されてガス化炉に循環供給されることにより原料のガス化を行い、ガス化炉でガス化されなかった未反応のチャーはガス化炉内の循環媒体と共に循環経路（流動経路）を介して加熱炉に循環されるようになっている。前記ガス化炉には原料とガス化剤が供給されており、又、加熱炉には、チャーを燃焼させて循環媒体を吹上げながら加熱する一次空気が供給されており、又、前記加熱炉の上下中間位置には二次空気を供給するようにしたものがある。加熱炉でチャーを燃焼したガスは、排ガスとして系外へ排出される。

上記ガス化システムでは、ガス化炉において、原料とガス化剤との反応（吸熱反応）によりガス化ガス（生成ガス）を生成し、この生成ガスはブロワにより取り出されて、各種の装置、プラント、システムの動力に使用する、或いは、生成ガスをアンモニア製造等の原料として使用するようにしている。

上記ガス化システムにおいては、生成ガスの使用場所に対して生成ガスを安定して供給する必要がある。このため、従来のガス生成量制御方法としては、加熱炉に供給する一次空気量と二次空気量の比率を変えることで、固気比（固体粒子／空気量）を制御することにより、加熱炉温度及びガス化炉温度を適切に保つことによってガス生成量を制御する方法が採用されてきた。

特開２００３−１１３３８２号公報 特開２００４−３３９２６４号公報 特開２００５−０４１９５９号公報

しかし、上記従来のガス生成量制御方法においては、以下の課題がある。

即ち、固気比が変化すると、循環媒体の循環量が変化することになり、ガス化炉内の循環媒体の滞留時間が変化する。このようにガス化炉内の循環媒体の滞留時間が変化することから、ガス生成量を制御するためには原料／ガス化剤の比率を調節する必要がある。しかし、原料／ガス化剤の比率が変化すると加熱炉に流動するチャーの量が変化し、これに伴って、加熱炉の一次空気量と二次空気量の比率も変化することになる。すると、循環媒体の循環量が変化することになり、更に、ガス化炉内の循環媒体の滞留時間が変化し、これによって、原料／ガス化剤の比率を調整することになるので、上述したように加熱炉に流動するチャーの量が更に変化してしまうという悪循環が発生する。

このように、従来技術の場合においては、ガス化炉の運転が安定しないために、ガス生成量を安定に制御することが難しいという課題があった。

本発明は、このような背景の下になされたものであり、簡単で信頼性の高いガス生成量制御を行うことができるガス生成量制御方法及びガス生成量制御装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ガス化炉に供給する原料とガス化剤を加熱炉で加熱された循環媒体で加熱することにより原料をガス化剤と反応させてガス化し、ガス化炉でガス化されなかった未反応のチャーはガス化炉内の循環媒体と共に、一次空気と二次空気が供給された加熱炉に導入して燃焼することにより前記循環媒体を加熱するガス化システムにおけるガス生成量制御方法であって、
前記ガス化炉に供給する原料とガス化剤の供給比率を固定し、前記加熱炉に供給する一次空気の供給量を固定することにより前記循環媒体の循環量を固定した状態において、前記加熱炉に供給する二次空気の供給量を制御することで、前記循環媒体によって加熱する前記ガス化炉の温度を一定に維持することを特徴とするガス生成量制御方法、に係るものである。

請求項２に記載の発明は、原料とガス化剤が供給されると共に加熱された循環媒体を導入し、前記原料をガス化剤と反応させてガス化するガス化炉と、一次空気と二次空気が供給され前記ガス化炉でガス化されなかった未反応のチャーを導入して燃焼することにより前記循環媒体を加熱する加熱炉とを備えたガス化システムにおけるガス生成量制御装置であって、
原料とガス化剤の供給比率を固定するための第１の制御手段と、前記循環媒体の循環量を固定する第２の制御手段と、前記ガス化炉の温度を一定に維持する第３の制御手段とを備え、
前記第１の制御手段は、前記ガス化炉に供給する原料の供給量と前記ガス化炉に供給するガス化剤の供給量を調節することで前記原料と前記ガス化剤の供給比率を固定し、
前記第２の制御手段は、ガス化炉と前記加熱炉の間を循環する循前記環媒体の検出循環量に基づいて前記加熱炉に供給する一次空気の供給量を調節することで前記循環媒体の循環量を固定し、
前記第３の制御手段は、ガス化炉の検出温度に基づいて前記加熱炉に供給する二次空気の供給量を調節することで前記ガス化炉の温度を一定に維持することを特徴とするガス生成量制御装置、に係るものである。

本発明のガス生成量制御方法及びガス生成量制御装置によれば、簡単で信頼性の高いガス生成量制御を行うことができる。

本発明のガス生成量制御方法及びガス生成量制御装置を備えるガス化システムの概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図１は、本発明のガス生成量制御方法及びガス生成量制御装置を備えるガス化システムの概略構成図であり、図１に示すガス化システムは、ガス化炉１と加熱炉２を備える二塔式のガス化システムである。

ガス化炉１の上部には、原料としての石炭を上方からガス化炉１内に供給する給炭機３を配置し、ガス化炉１の側壁には、循環媒体としての砂をシール装置１ａを介してガス化炉１内に供給する降下管４を接続している。また、ガス化炉１は、その底部にガス化剤としてガス化炉１内に水蒸気を供給する水蒸気ボックス５を備え、水蒸気ボックス５には、水蒸気を供給する水蒸気供給管６が接続してある。

ガス化炉１内で生成された生成ガスは、上部のサイクロン７、サイクロン７から外部に延びる生成ガス管８を介して、ブロワ（誘引通風機）９により外部に取り出すようになっている。

ガス化炉１の側壁には、ガス化炉１内の砂と共に未反応のチャーをシール装置１ｂを介して加熱炉２の底部に供給する循環経路１０を備えている。加熱炉２の底面には、一次空気供給管１１が接続され、加熱炉２の上下中間部の側面には二次空気供給管１２が接続されている。

加熱炉２の上部には、サイクロン１３が移送管１４を介して接続してあり、サイクロン１３の出口には排ガス管１５を介してブロワ１６が接続してあり、排ガス管１５を通る排ガスは、ブロワ１６により吸引されて外部に排出される。前記降下管４は、サイクロン１３の外筒下部とガス化炉１の間に配置してあり、これにより、循環媒体は、降下管４、循環経路１０、移送管１４を経由してガス化炉１と加熱炉２との間を循環する。

ガス化炉１にはガス化炉温度計２１が備えられている。また、給炭機３には第１の流量計２３が、水蒸気供給管６には第２の流量計２４が、生成ガス管８には第３の流量計２５が、降下管４には第４の流量計２６が、一次空気供給管１１には第５の流量計２７が、二次空気供給管１２には第６の流量計２８が夫々接続してある。

また、本実施の形態のガス化システムは、原料（石炭）／ガス化剤（水蒸気）の供給比率を固定するための第１の制御手段３１と、循環媒体（砂）の循環量を固定するための第２の制御手段３２と、ガス化炉１の温度を二次空気流量とのカスケード制御方式により一定に維持する第３の制御手段３３を備える。

前記第１の制御手段３１には、第１の流量計２３、第２の流量計２４、第３の流量計２５が接続してある。そして、第１の制御手段３１は、第１の流量計２３、第２の流量計２４、第３の流量計２５の流量データから、ガス化炉に供給する原料（石炭）とガス化剤（水蒸気）の供給量の比率、即ち、原料／ガス化剤の供給比率を固定し、かつ生成ガス量が所定の値になるように、水蒸気弁３４の開度を調節する機能を有する。

第２の制御手段３２には、第４の流量計２６、第５の流量計２７が接続してある。そして、第２の制御手段３２は、第４の流量計２６、第５の流量計２７の流量データから循環媒体（砂）の循環量を固定するように、一次空気弁３５の開度を調節する機能を有する。

第３の制御手段３３には、ガス化炉温度計２１、第６の流量計２８が接続してある。そして、第３の制御手段３３は、ガス化炉温度計２１の温度データと第６の流量計２８の流量データからガス化炉１の温度を一定に維持するように、二次空気弁３６の開度を調節する機能を有する。

次に、このように構成したガス化システムの動作を説明する。

未反応のチャーを一次空気によって燃焼させることで、加熱炉２内の循環媒体としての砂を加熱する。加熱した流動媒体は、移送管１４によりサイクロン１３に送られて排ガスと分離された後、降下管４を介してガス化炉１に供給される。チャーの燃焼によって生じる粒径が細かい灰分を含む排ガスは、サイクロン１３で分離され、ブロワ１６によって排ガス管１５から外部に排出される。

ガス化炉１内に供給されるガス化原料としての石炭とガス化剤としての水蒸気は、加熱された流動媒体によって加熱され、水蒸気との化学反応により石炭をガス化する。生成ガスは、サイクロン７、生成ガス管８を介してブロワ９により使用場所に供給される。ガス化炉１内で発生する未反応のチャーと流動媒体は、循環経路１０を介して加熱炉２内に流動し、前述の通り未反応のチャーの燃焼により流動媒体を再び加熱する。以降このサイクルを繰り返す。

このようなガス化システムにおいて、本発明の実施の形態のガス生成量制御方法は、第１の制御手段３１により、石炭（原料）／水蒸気（ガス化剤）の供給比率を固定すると共に、第２の制御手段３２により、循環媒体の循環量を固定する制御を採用した状態において、第３の制御手段３３により、前記ガス化炉１の温度が一定に維持されるように、二次空気弁３６の開度を調節する。

このとき、加熱炉１の底部から供給される一次空気は循環媒体を吹き上げることにより循環媒体の循環量を決定しており、この循環量は前記したように固定としてあり、前記二次空気供給管１２によって供給される二次空気が循環媒体の循環量に関与することはない。従って、二次空気は加熱炉２上部の温度を低下させるように作用し、これによってガス化炉１に供給される流動媒体の温度を制御するので、結果としてガス化炉１の温度が制御される。

このように、石炭／水蒸気の供給比率を固定し、循環媒体の循環量を固定した状態において、前記ガス化炉１の温度を一定に維持する制御を行ったことにより、ガス化炉の運転が安定し、よって、ガス生成量を安定に制御することが可能になる。

１ ガス化炉
２ 加熱炉
３ 給炭機
４ 降下管
６ 水蒸気供給管
８ 生成ガス管
１１ 一次空気供給管
１２ 二次空気供給管
３１ 第１の制御手段
３２ 第２の制御手段
３３ 第３の制御手段

Claims (2)

1. ガス化炉に供給する原料とガス化剤を加熱炉で加熱された循環媒体で加熱することにより原料をガス化剤と反応させてガス化し、ガス化炉でガス化されなかった未反応のチャーはガス化炉内の循環媒体と共に、一次空気と二次空気が供給された加熱炉に導入して燃焼することにより前記循環媒体を加熱するガス化システムにおけるガス生成量制御方法であって、
   前記ガス化炉に供給する原料とガス化剤の供給比率を固定し、前記加熱炉に供給する一次空気の供給量を固定することにより前記循環媒体の循環量を固定した状態において、前記加熱炉に供給する二次空気の供給量を制御することで、前記循環媒体によって加熱する前記ガス化炉の温度を一定に維持することを特徴とするガス生成量制御方法。
2. 原料とガス化剤が供給されると共に加熱された循環媒体を導入し、前記原料をガス化剤と反応させてガス化するガス化炉と、一次空気と二次空気が供給され前記ガス化炉でガス化されなかった未反応のチャーを導入して燃焼することにより前記循環媒体を加熱する加熱炉とを備えたガス化システムにおけるガス生成量制御装置であって、
   原料とガス化剤の供給比率を固定するための第１の制御手段と、前記循環媒体の循環量を固定する第２の制御手段と、前記ガス化炉の温度を一定に維持する第３の制御手段とを備え、
   前記第１の制御手段は、前記ガス化炉に供給する原料の供給量と前記ガス化炉に供給するガス化剤の供給量を調節することで前記原料と前記ガス化剤の供給比率を固定し、
   前記第２の制御手段は、ガス化炉と前記加熱炉の間を循環する循前記環媒体の検出循環量に基づいて前記加熱炉に供給する一次空気の供給量を調節することで前記循環媒体の循環量を固定し、
   前記第３の制御手段は、ガス化炉の検出温度に基づいて前記加熱炉に供給する二次空気の供給量を調節することで前記ガス化炉の温度を一定に維持することを特徴とするガス生成量制御装置。

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