JP5798091B2 - ガス化炉のブリッジ解消制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、バイオマス燃料をガス化させるバイオマスガス化システムに採用されるガス化炉のブリッジ解消制御装置に関する。

従来、バイオマス燃料（以下、燃料という）をガス化させるバイオマスガス化システムは、燃料をガス化するガス化炉と、ガス化炉に固形原料（燃料）を供給する供給コンベアと、前記ガス化炉内に燃料を導入する内筒と、スクラバーと、フィルターと、エンジン発電機等を備える構造のものが公知である（例えば、特許文献１参照）。

また、バイオマス燃料を安定して供給することができるバイオマスガス化システムが公知である（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載のバイオマスガス化システムは、ガス化炉の前工程のホッパに攪拌羽根を設けてホッパ内でブリッジが発生することを予防する構成を備えたものである。

特開２０１０−２１５８１０号公報 特開２００６−８２９６３号公報

ガス化炉内のガス化反応は、炉内の空気量が不足すると、低温となりタールが高濃度に発生する。タールを多く含んだガスは、ガス化炉下流の各機器において凝縮し、膠着等の動作不良を引き起こす。特に、エンジンにおいては、過給機や吸気バルブ等が膠着し、動作不良の原因となる。

また、炉内の空気量が過多となり高温になり過ぎると、灰溶融のトラブルの原因となるため、燃料原料とガス化剤である空気との割合および、それらの接触率を良好に制御する必要がある。

燃料となるチップには、切削チップと破砕チップ（いわゆるピンチップ）とがあり、破砕チップは、用途が少なく安価であるため、ガス化原料として利用することが望まれている。一方、破砕チップは、チップ同士が絡み合い、流動性が悪くブリッジしやすいとともに、空隙率も大きいという特徴がある。また、破砕チップの安息角が大きくなり（破砕チップの稜線の傾斜が急勾配となる）、空気の流れが偏流しやすくなる。

このため、以下の問題が発生する。
（１）ガス発熱量の低下
炉内偏流により、全体としては空気過多となりやすく、燃料が燃焼傾向となり、燃焼ガスとチャーの接触率も悪くなる。また、燃料のブリッジにより原料の供給が断続的となり、発熱量が低下する。
（２）タールの発生
炉内偏流となるため、全体として空気過多となる一方で、炉内に空気が不足する領域が発生する。空気が不足する領域では低温となるため、タールが発生する。

また、ガス化炉内では、燃料の内部がガス化することにより、空洞化によるブリッジ状態が発生する場合がある。このブリッジ状態が発生すると、空洞上部の燃料が崩れて一気に崩壊することとなる。このブリッジ崩壊時には、大量の燃料（加熱不十分の生原料）が、ガス化炉下部の高温部に供給されることになる。このため、温度バランスが崩れ、ガス化炉内の温度が急激に低下し、温度低下により大量のタールが発生する。

特許文献１に記載のバイオマスガス化システムは、ホッパに攪拌羽根を設けているため、ホッパ内の攪拌羽根を回転させてバイオマス粉流体がブリッジを形成するのを防止できるが、ガス化炉内部でブリッジが発生した場合、そのブリッジを解消することはできない。

そこで、本発明は、ガス化炉内部に発生したブリッジを解消することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、固体原料を供給する内筒を外筒の上部に有するガス化炉において、前記内筒内に挿入され、ガス化炉の上下方向を長手方向とする攪拌部材と、前記攪拌部材を、前記内筒内に堆積する固体原料から離間させる待機位置と前記待機位置よりも下方のガス化炉内部の固体原料内に位置させる所定位置との間で昇降させる昇降駆動部と、前記攪拌部材を下降させるブリッジ解消動作時に、前記攪拌部材を攪拌部材軸回りに回転させる回転駆動部と、前記ガス化炉内の前記固体原料のブリッジを検出するための検出手段と、前記検出手段の信号に基づいて前記昇降駆動部および回転駆動部を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。

前記本発明のガス化炉のブリッジ解消制御装置は、前記検出手段の信号に基づいて前記昇降駆動部および回転駆動部を制御するので、ガス化炉内のブリッジを検知して攪拌部材を下降および回転させ、ブリッジを自動的に解消できる。例えば、タールを多く含むガスがエンジンに供給されるのを防止することができる。この結果、エンジンの過給機や吸気バルブ等が膠着し動作不良を起こすのを防止することができる
前記ガス化炉のブリッジ解消制御装置において、前記外筒底部に第２攪拌部材を設け、前記底部よりも上方で前記内筒より下方に前記外筒のスロート部を設け、前記第２攪拌部材の作動に伴って前記スロート部の圧力が上昇しない、前記スロート部の圧力が所定値以下、前記スロート部の下方側の圧力と前記スロート部圧力との相関が所定の関係である、または、前記スロート部温度が所定値以上の少なくとも一つの条件を前記制御装置が判定したときに、前記攪拌部材が前記スロート部を貫通する位置まで前記攪拌部材を下降させることを特徴とする。

前記本発明のガス化炉のブリッジ解消制御装置は、スロート部のブリッジを解消することが可能となる。

前記ガス化炉のブリッジ解消制御装置において、前記攪拌部材の待機位置復帰から所定時間経過するまでは前記攪拌部材の下降を待機させることを特徴とする。

前記本発明のガス化炉のブリッジ解消制御装置は、攪拌部材が不用意に昇降動作するハンチングを防止することが可能となる。

前記ガス化炉のブリッジ解消制御装置において、前記内筒下端より高い第１所定位置を第１所定高さとし、前記第１所定高さより高い所定位置を第２所定高さとして前記固体原料が第２所定高さ以上、前記固体原料が前記第１所定高さ以上であって前記内筒と前記外筒との間の空間の圧力が大気圧以上、前記内筒と前記外筒との間の空間の温度が所定値以上、前記内筒と前記外筒との間の空間において離間した２箇所の位置の温度差の絶対値が所定値以上、または、前記攪拌部材の待機位置復帰から所定時間経過の少なくとも一つの条件を前記制御装置が判定したときに、前記攪拌部材の下端が、前記内筒の下端に達する位置まで、前記攪拌部材を下降させることを特徴とする。

前記本発明のガス化炉のブリッジ解消制御装置は、内筒のブリッジを解消することが可能となる。また、内筒内に堆積する固体原料を均すことも可能となる。

前記ガス化炉のブリッジ解消制御装置において、前記攪拌部材の待機位置復帰からの所定時間よりも短い第２所定時間が経過するまでは前記攪拌部材の下降を待機させることを特徴とする。

前記本発明のガス化炉のブリッジ解消制御装置は、攪拌部材が不用意に昇降動作するハンチングを防止することが可能となる。

本発明は、前記検出手段の信号に基づいて前記昇降駆動部および回転駆動部を制御するので、前記攪拌部材を下降および回転させてガス化炉内のブリッジを検知してブリッジを自動的に解消できる。

本発明の一実施形態に係るガス化炉をガス化システムに採用した概略図である。 攪拌羽根の待機位置を示すガス化炉の正面断面図である。 攪拌羽根の中間位置を示すガス化炉の正面断面図である。 攪拌羽根の下端位置を示すガス化炉の正面断面図である。 攪拌羽根の下部を示す斜視図である。 ガス化炉の断面を示す概略平面図である。 ガス化炉の制御を示すブロック図である。 攪拌羽根の中間位置制御を示す概略図である。 攪拌羽根の中間位置制御を示すフローである。 攪拌羽根の下端位置制御を示す概略図である。 攪拌羽根の下端位置制御を示すフローである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１〜図１１は、本発明の一実施形態を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係るガス化炉をバイオマス燃料をガス化させるガス化システムに採用した概略図である。ガス化システム１は、図１に示すように、例えば、固体原料として木質系材料を燃料とする木質バイオマス発電プラントである。ガス化システム１は、燃料供給装置１０、ガス化炉２０、昇降式攪拌装置３０、サイクロン４５、ガス冷却装置（熱交換器）４０、スクラバー５０、貯水槽６０、冷却塔７０、フィルタ８０、誘引ブロワ９０、エンジン発電機１００、および余剰ガス燃焼装置２００等で構成されている。

燃料供給装置１０は、ガス化炉２０に燃料を供給するもので、ホッパ１１、モータ１２および燃料吐出用のスクリュー１３を備えている。そして、モータ１２の周波数をインバータ制御することによって、スクリュー１３の回転速度を制御し、ガス化炉２０への燃料投入量を調整する。

ガス化炉２０は、燃料供給装置１０からの燃料をガス化するものである。ガス化炉２０内には、燃料のガス化を促進させるためガス化剤（空気）が供給される。なお、図１に示す点線矢印は「空気」の流れる経路を示す。

サイクロン４５は、ガス化炉２０からのガスに含まれる大きな塵等を遠心分離によって除去する。なお、図１に示す実線矢印は「ガス」の流れる経路を示す。ガス化炉２０とサイクロン４５との間には、ガス経路１０１が接続されている。

熱交換器４０は、サイクロン４５からのガスを冷却するガス冷却装置である。熱交換器４０内には、ガスを洗浄する散水ノズル４１が設けられる。サイクロン４５と熱交換器４０との間には、ガス経路１０２が接続されている。

スクラバー５０は、熱交換器４０からのガスを水によって洗浄、冷却する。貯水槽６０は、スクラバー５０および熱交換器４０に供給する水を貯溜する。貯水槽６０には、熱交換器６１が設けられる。熱交換器４０とスクラバー５０との間には、ガス経路１０３が接続されている。

貯水槽６０内の水は、ポンプ６２によって散水ノズル４１およびスクラバー５０に圧送される。貯水槽６０内の水は、熱交換器４０およびスクラバー５０から貯水槽６０に戻る。つまり、貯水槽６０内の水は、ガスに含まれるススやタール等を含む。以下、貯水槽６０内の水を「循環水」という。なお、図１に示す二点鎖線矢印は「循環水」の流れる経路を示す。

冷却塔７０は、熱交換器４０および熱交換器６１に供給する水を貯溜する。冷却塔７０内の水は、ポンプ７１によって熱交換器４０および熱交換器６１に圧送される。

冷却塔７０内の水は、熱交換器４０および熱交換器６１から冷却塔７０に戻る。冷却塔７０の水は、熱交換器６１によって貯水槽６０内の循環水を間接的に（貯水槽６０内の循環水と冷却塔７０の水とが混ざらないように）冷却するとともに、熱交換器４０によってガスを間接的に（ガスと冷却塔７０の水とが混ざらないように）冷却する。つまり、冷却塔７０内の水は、ガスに含まれるススやタール等を含まない。以下、冷却塔７０内の水を「冷却水」という。なお、図１に示す一点鎖線矢印は「冷却水」の流れる経路を示す。

フィルタ８０は、ガスに含まれる小さな塵等を濾過する。スクラバー５０とフィルタ８０との間には、ガス経路１０４が接続されている。

誘引ブロワ９０は、負圧作用によってガス化炉２０からのガスをエンジン発電機１００側に誘引する。

フィルタ８０は、ガス経路１０６を介してエンジン発電機１００および余剰ガス燃焼装置２００に接続されている。このガス経路１０６の途中には、前記誘引ブロワ９０が接続されている。

エンジン発電機１００は、ガスエンジンによって発電機を駆動する。余剰ガス燃焼装置２００は、余ったガスを燃焼処理する。

次に、ガス化炉２０の詳細について説明する。図２は、攪拌羽根の待機位置を示すガス化炉の正面断面図、図３は、攪拌羽根の中間位置を示すガス化炉の正面断面図、図４は、攪拌羽根の下端位置を示すガス化炉の正面断面図である。

ガス化炉２０は、図２に示すように、外筒からなるガス化炉本体２１と、内筒２３とを備えている。ガス化炉本体２１の下側には、ガス出口２２が設けられる。ガス化炉２０内の底部には、燃料を攪拌する底部攪拌羽根２９が設けられている。ガス化炉２０内の残留物（ガス化後の灰等）は、排出コンベア（図示省略）によってガス化炉２０外部に排出される。

ガス化炉本体２１の上端部からは、内筒２３が上方に突出する。内筒２３は、その内部に燃料を導入する円筒状の部材である。内筒２３は、ガス化炉本体２１と互いの軸中心が一致するように上下方向に立設されている。内筒２３の上下両端部はそれぞれ開口されている。なお、内筒２３の上端開口部は、蓋２４によって閉塞することも可能である。

内筒２３の下部は、ガス化炉本体２１内に上方から差し込まれ、上下方向においてガス化炉本体２１内に臨み、下端開口２３５がガス化炉本体２１の中程に位置している。内筒２３の上部は、ガス化炉本体２１の上端部から上方に突出し、内筒２３の上端部（一箇所）からは、ガス化剤（空気）が導入されるようになっている。内筒２３上部の外周一側には、燃料供給装置１０からの燃料が投入される投入口２３１が開口されている。

投入口２３１には、投入管２３２の一端部が連通される。投入管２３２は、他端部が斜め上方に延びるように設けられ、投入管２３２の他端部からは燃料供給装置１０からの燃料５が投入される。

ガス化炉本体２１には、内筒２３の下端開口２３５よりも下方位置にくびれ部２１０が設けられている。このくびれ部２１０は、ガス化炉本体２１の中心方向に向けて突出する環状凸部からなる。くびれ部２１０は、ガス化炉本体２１の内周面２１ａの開口面積が下方に向けて次第に小さくなる傾斜面２１１ａを有する縮小開口部２１１と、この縮小開口部２１１下端から下方に延設される開口２１２ａを有するスロート部２１２と、このスロート部２１２から開口面積が次第に大きくなる傾斜面２１３ａを有する拡大開口部２１３とから構成されている。

具体的には、縮小開口部２１１の上端の開口面積は、ガス化炉本体２１の内周面２１ａが形成する開口面積と同等に設定されている。縮小開口部２１１の下端の開口面積は、スロート部２１２の開口面積と同等で、しかも、内筒２３の開口面積と同等に設定されている。拡大開口部２１３の上開口面積は、スロート部２１２の開口面積と同等で、しかも、拡大開口部２１３の下開口面積は、ガス化炉本体２１の内周面２１ａが形成する開口面積と同等に設定されている。

ガス化炉２０の上部には、昇降式攪拌装置３０が設けられている。昇降式攪拌装置３０は、内筒２３に上方から挿入され、ガス化炉２０の上下方向を長手方向とする攪拌部材としての攪拌羽根３１と、攪拌羽根３１を任意の高さまで段階的に昇降させる駆動部３２とを備えている。

図５は、攪拌羽根の下部を示す斜視図、図６は、ガス化炉の断面を示す概略平面図である。攪拌羽根３１は、上部が駆動部３２に接続され下方に垂下する縦軸（攪拌部材軸）３３と、縦軸３３の下部に設けられた一対の羽根部３４とから構成されている。羽根部３４は、平板からなり縦軸３３の直径方向に突設されている。羽根部３４は、縦軸３３に沿って上下側が尖った板部材から構成されている。

すなわち、羽根部３４の下縁３４ａは、縦軸３３の径外方向に向けて次第に上向きに傾斜している。このように、羽根部３４の下縁３４ａが上向きに傾斜しているので、羽根部３４が下降する際に、羽根部３４を燃料に容易に刺すことができるようになっている。

また、羽根部３４の上縁３４ｂは、縦軸３３の径外方向に向けて次第に下向きに傾斜している。このように、羽根部３４の上縁が下向きに傾斜しているので、羽根部３４を上昇させる際に、燃料内の羽根部３４を容易に抜くことが可能となる。

また、縦軸３３には、縦軸３３に沿って一対の線条の補強用部材３３ａが設けられている。この補強用部材３３ａにより、縦軸３３の曲げ剛性の補強が図られている。

駆動部３２は、攪拌羽根３１を昇降させる昇降駆動部３５と、縦軸３３回りに攪拌羽根３１を回転させる回転駆動部３６とを備えている。昇降駆動部３５は、シリンダ機構やモータ機構等により、攪拌羽根３１を昇降させるものである。回転駆動部３６は、攪拌羽根３１が下降する際に、攪拌羽根３１を所定角度だけ回転さるモータ機構等である。

また、攪拌羽根３１は、複数段階の所定高さ位置で昇降動作が停止するようになっている。具体的には、攪拌羽根３１は、最上段の待機位置Ｘ（図２参照）と、第１位置としての中間位置Ｙ（図３参照）と、第２位置としての下端位置Ｚ（図４参照）との３段階位置で位置変更できるようになっている。

待機位置Ｘとは、内筒２３内に堆積された燃料５と離間するように、燃料５よりも所定高さ上方の位置をいう。中間位置Ｙとは、内筒内の燃料５のブリッジを解消するブリッジ解消位置であって、攪拌羽根３１の最下端（縦軸３３の先端）が、内筒２３の下端開口２３５に略達する位置か、攪拌羽根３１の最下端が、内筒２３の下端開口２３５から若干突出する位置をいう。下端位置Ｚとは、ガス化炉本体２１内の燃料５のブリッジを解消するブリッジ解消位置であって、攪拌羽根３１の羽根部３４が、くびれ部２１０を貫通する位置をいう。

また、待機位置Ｘにおいて、攪拌羽根３１の羽根部３４は、燃料５の投入方向（図6に矢印で示す方向）に対して平行となる回転角度位置で停止している。このように羽根部３４の回転角度位置を設定することにより、投入される燃料５が羽根部３４に当接して反射するのを防止でき、燃料５が片寄って内筒２３内に堆積するのを防止することが可能となる。

攪拌羽根３１は、駆動部３２側に固定された検出手段としての複数個（本実施形態では３個）のリミットスイッチＬＳＨ、ＬＳＭ、ＬＳＬにより位置決めされる。すなわち、上段のリミットスイッチＬＳＨは、攪拌羽根３１を待機位置Ｘで停止させる。中段のリミットスイッチＬＳＭは、攪拌羽根３１を中間位置Ｙで停止させる。下段のリミットスイッチＬＳＬは、攪拌羽根３１を下端位置Ｚで停止させる。

リミットスイッチＬＳＬ、ＬＳＭ、ＬＳＨは、内筒２３よりも上方位置に設けられている。このようにリミットスイッチＬＳＬ、ＬＳＭ、ＬＳＨを、内筒２３よりも上方位置に配置することにより、燃料の燃焼時の熱の影響を可及的に受けないようにして、リミットスイッチの信頼性を長期にわたって維持することが可能となる。

図２に示すように、内筒２３上部には、内筒２３内に堆積する燃料５の高さ位置（燃料の堆積高さ）を検出するためのレベルセンサ２５が設けられている。このレベルセンサ２５は、内筒２３内軸方向（上下方向）に垂れ下がり且つ下端に錘２５１を有するチェーン２５２と、錘２５１を昇降すべく、チェーン２５２を巻き上げたり、巻き戻したりする駆動部を有する計測部（図示省略）とを備えている。このレベルセンサ２５で内筒２３内に堆積する燃料５の上面位置を計測する際には、チェーン２５２の伸長により錘２５１が下降し、その錘２５１が燃料５に接したときに、計測部が錘２５１の重量変化（錘の重量バランスの変化）を検知して燃料５の高さを求めることができる。このような燃料５のレベル検出は、定期的且つ連続的（例えば、１分間隔）に行なう。

図２に示すように、ガス化炉本体２１内には、複数個の圧力センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃが取り付けられている。圧力センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、ガス化炉本体２１内の圧力（以下「内圧」という。）を検出する。

圧力センサ２６ａの取付位置は、ガス化炉本体２１内の上部（好ましくは上端部）である。つまり、圧力センサ２６ａは、ガス化炉２０内に堆積する燃料５から離間した位置に取り付けられている。圧力センサ２６ａは炉内の内筒レベル制御が適正でない場合の検知に用いられる。

圧力センサ２６ｂは、スロート部２１２に取り付けられている。圧力センサ２６ｃは、スロート部２１２よりも下部側（ガス化炉本体２１の底部またはその近傍）に取り付けられている。圧力センサ２６ｂ、２６ｃはスロート部２１２でのブリッジ検知に用いられる。

図２に示すように、ガス化炉本体２１内には、複数個の温度センサ２７ａ、２７ｂ、２７ｃが取り付けられている。温度センサ２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、ガス化炉本体２１内の温度を検出する。一対の温度センサ２７ａ、２７ｂの取付位置は、ガス化炉本体２１の内周面２１ａで且つくびれ部２１０の上部である。つまり、温度センサ２７ａ、２７ｂは、ガス化炉本体２１内に堆積する燃料５から離間した位置に取り付けられている。

また、温度センサ２７ａ、２７ｂは、図６に示すように、ガス化炉本体２１の中心に対して直径方向に離間して設けられている。このように、温度センサ２７ａ、２７ｂを離間させることにより、内筒２３と対向するガス化炉本体２１間（ガス化炉本体２１内の２箇所）の温度を検知することが可能となる。温度センサ２７ａ、２７ｂは、炉内の内筒レベル制御が適正でない場合の検知に用いられる。

温度センサ２７ｃは、スロート部２１２よりも下部側（ガス化炉本体２１の底部またはその近傍）に取り付けられている。温度センサ２７ｃは、スロート部２１２でのブリッジ検知に用いられる。

レベルセンサ２５、圧力センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃおよび温度センサ２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、図１及び図７に示すように制御装置２８に接続されている。制御装置２８は、レベルセンサ２５、圧力センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃおよび温度センサ２７ａ、２７ｂ、２７ｃのそれぞれの検出信号に基いて昇降式攪拌装置３０を制御するものである。例えば、内筒２３内の偏流時および内筒２３内の燃焼部と燃料との間に空間（縁切れ）が生じるブリッジが発生した場合には、中間位置Ｙにて昇降式攪拌装置３０で攪拌操作を実行し、くびれ部２１０のブリッジ発生時には、下端位置Ｚにて破壊操作を実行する。

なお、レベルセンサ２５、圧力センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃおよび温度センサ２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、炉内雰囲気状態を監視するための検出手段に相当するものである。

制御装置２８には、昇降式攪拌装置３０が接続されている。制御装置２８は、処理部２８１と、記憶部２８２とを有する。

処理部２８１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等で構成される。記憶部２８２は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。

次に、以上の構成からなるガス化システム１を使用して燃料５をガス化させる通常運転を行なう場合について説明する。

先ず、燃料５を燃料供給装置１０のホッパ１１に投入する。燃料供給装置１０は、モータ１２がスクリュー１３を所定回転速度で回転させる。スクリュー１３を介して燃料５をガス化炉２０の内筒２３に供給する。内筒２３内部に投入された燃料５は、ガス化炉本体２１内に供給され、内筒２３の下端開口２３５から上方に所定高さ（炉内レベル目標値）まで堆積される。そして、かかる燃料５が燃焼を開始しガス化する。

なお、図２に示すように、内筒２３内に堆積される燃料５は、上部から乾燥層・乾留層Ａ、酸化層Ｂおよび還元層Ｃが形成される。また、昇降式攪拌装置３０の攪拌羽根３１は、待機位置Ｘにあるため、攪拌羽根３１が燃料５投入の際に支障となることはない。

ガス化炉２０内で発生したガスは、ガス出口２２から吸引されガス経路１０１を介してサイクロン４５に供給される。サイクロン４５が、ガス化炉２０からのガスに含まれる大きな塵等を遠心分離によって除去する。

サイクロン４５により、大きな塵等が除去されたガスは、ガス経路１０２を介して熱交換器４０に供給され、熱交換器４０により冷却される。熱交換器４０で冷却されたガスは、ガス経路１０３を介してスクラバー５０に供給され、スクラバー５０において水によって洗浄、冷却される。

スクラバー５０で洗浄、冷却されたガスは、ガス経路１０４を介してフィルタ８０に供給される。

フィルタ８０は、ガスに含まれる小さな塵等を濾過する。誘引ブロワ９０は、負圧作用によってガス化炉２０からのガスをエンジン発電機１００側に誘引する。誘引ブロワ９０を通過したガスは、エンジン発電機１００に供給される。エンジン発電機１００は、ガスエンジンによって発電機を駆動する。余ったガスは、余剰ガス燃焼装置２００に供給される。余剰ガス燃焼装置２００は、余ったガスを燃焼処理する。

次に、燃料のブリッジ解消制御について説明する。

タールは、内筒内部の炉内レベルが適正範囲内にない場合や、スロート部２１２でブリッジが発生し、そのブリッジが崩壊した場合に発生する。このため、炉内の内筒レベルが適正でない場合やスロート部２１２でのブリッジを検知し、ブリッジを早期に解消することにより、タールによる機器への影響を防止するのが燃料のブリッジ解消制御である。

本実施形態は、内筒２３内の燃料を攪拌する中間位置制御と、下端位置でのブリッジを破壊する下端位置制御とを行う。また、中間位置制御の成立条件と、下端位置制御の成立条件との両方が成立した場合には、下端位置制御を優先的に行うものとする。

先ず、攪拌羽根の中間位置制御について、図８および図９を参照しながら説明する。図８は、攪拌羽根の中間位置制御を示す概略図、図９は、攪拌羽根の中間位置制御を示すフローである。

ガス化炉２０内部の雰囲気状態を監視するための検出手段であるレベルセンサ２５により、燃料５の内筒２３内レベル計測を行ない、燃料５の炉内レベルＨを検出する（Ｓ１）。そして、炉内レベルＨと炉内レベル限界位置Ｈｈｈを超えていないか確認する（Ｓ２）。炉内レベル限界位置Ｈｈｈを超えていない場合、炉内レベルＨと予め設定された炉内レベル上限位置Ｈｈとを比較する（Ｓ３）。ここで、炉内レベル限界位置Ｈｈｈとは、内筒２３の下端開口２３５位置からの高さであって、燃焼不可能な高さをいう。従って、炉内レベル限界位置Ｈｈｈに達している場合には、中間位置ブリッジ解消動作条件成立と判定する（Ｓ１２）。なお、炉内レベル上限位置Ｈｈが第１高さに相当し、炉内レベル限界位置Ｈｈｈが第２高さに相当する。

ガス化炉２０内部の雰囲気状態を監視するための検出手段が、圧力センサ２６ａである場合、圧力センサ２６ａにより、炉内圧力（内圧）Ｐ１を計測し（Ｓ４）、内圧Ｐ１と予め設定された基準圧力（所定値）Ｐａとを比較する（Ｓ５）。ここで、基準圧力Ｐａとは、例えば、大気圧をいう。通常運転時、ガス化炉２０内部は大気圧以下であるが、内圧Ｐ１が基準値Ｐａ以上である場合には、ガス化炉本体２１（内筒２３内部）に空気の偏流が発生していると考えられる。かかる偏流は、内筒２３内部に堆積する燃料５に空気の流れ難い部分と、不用意に流れる部分とが形成される。空気の流れ難い部分は、温度が低下してタールが発生し易く、空気が不用意に流れ易くなると、空気が二重構造内の空間（ガス化炉本体２１内周面と、内筒２３外週面との間で形成される空間）内部にまで供給されやすくなり、発生したガスが燃焼したりする原因となる。そのため、中間位置ブリッジ解消動作条件成立と判定する（Ｓ１２）。

温度センサ２７ａにより内筒２３の外周部分の空間温度Ｔ１を計測し（Ｓ６）、炉内温度Ｔ１と予め設定された基準温度（所定値）Ｔｂとを比較する（Ｓ７）。ここで、基準温度Ｔｂとは、ガス化炉２０内で燃料のガス化が通常に行なえる温度をいう。炉内温度Ｔ１が基準温度Ｔｂ以上である場合には、偏流による異常高温燃焼と考えられるため、中間位置ブリッジ解消動作条件成立と判定する（Ｓ１２）。

また、温度センサ２７ｂにより内筒２３の外周部分の空間温度Ｔ２を計測し（Ｓ８）、炉内温度Ｔ２と基準温度Ｔｂとを比較する（Ｓ９）。炉内温度Ｔ２が基準温度Ｔｂ以上である場合には、同様に中間位置ブリッジ解消動作条件成立と判定する（Ｓ１２）。なお、温度センサ２７ａ、２７ｂによる計測は所定時間（例えば、５秒間）行う。

Ｔ１とＴ２との温度差の絶対値｜Ｔ１−Ｔ２｜を演算し、この温度差の絶対値が閾値（所定置）Ｔａ以上である場合（Ｓ１０）には、片流れによる異常高温燃焼であり、中間位置ブリッジ解消動作条件成立と判定する（Ｓ１２）。

また、前記の条件を満たさない場合であっても、前回の動作後タイマーが所定時間（例えば、１５分）経過したと判断した場合（Ｓ１１）に、中間位置ブリッジ解消動作が成立したと判定する（Ｓ１２）。

以上のように、ステップ２、ステップ５、ステップ７、ステップ９、ステップ１０およびステップ１１の中間位置ブリッジ解消動作条件の何れか一つが成立しており、さらに、前回動作後タイマーにより前回の動作から所定時間（例えば、１分）経過していることを確認し（Ｓ１３）、しかも、下端位置解消条件が成立していないことを条件（Ｓ１４）として、中間位置ブリッジ解消動作を実行する（Ｓ１５）。なお、前回動作後タイマーにより前回の動作から所定時間経過していることを確認するのは、昇降式攪拌装置３０の攪拌羽根３１が不用意に昇降動作するのを防止するためである。なお、前回の動作から所定時間（例えば、１分）は、第２所定時間に相当する。

中間位置ブリッジ解消動作が実行されると、昇降式攪拌装置３０の駆動部３２が作動する。昇降駆動部３５は、待機位置にある攪拌羽根３１を、中間位置まで下降させる（図３参照）。このとき、回転駆動部３６は下降する攪拌羽根３１を回転させる。この結果、羽根部３４は回転しながら燃料に入り込むこととなり、燃料を略均等に均すことが可能となる。また、内筒２３内の燃焼部と燃料との間に空間（縁切れ）が生じるブリッジが発生しても、そのブリッジを早期に解消することができる。

また、中間位置Ｙまで到達した攪拌羽根３１は、所定回転位置で固定した状態で上昇する。このため、羽根部３４はスムーズに燃料から抜かれることなり、均された燃料に影響することはほとんどない。

次に、下端位置制御について、図１０および図１１を参照しながら説明する。図１０は、攪拌羽根の下端位置制御を示す概略図、図１１は、攪拌羽根の下端位置制御を示すフローである。なお、くびれ部２１０部分は、開口面積が小さいため、このくびれ部２１０部分でブリッジを起こしやすい。

下部攪拌条件が成立（Ｓ２１）しており、圧力センサ２６ｂで内圧を計測した後に（Ｓ２２）、底部攪拌羽根２９で炉下部の攪拌を行う（Ｓ２３）。この攪拌動作を所定時間行った後に（Ｓ２４）、再び圧力センサ２６ｂで内圧を計測する（Ｓ２５）。そして、先に計測した内圧Ｐ（２−０）が、後に計測した内圧Ｐ（２−１）以上であるか否かを判断する（Ｓ２６）。後に計測した内圧P(2-1)以上である場合には、攪拌によるＰ２の回復がないと判断し、下端位置ブリッジ解消動作条件成立と判定する（Ｓ３３）。

圧力センサ２６ｂで計測した圧力Ｐ２が、所定圧ＰＣよりも小さい場合（Ｓ２７）、（Ｓ２８）には、燃料が圧密となっており圧損が上昇する。このことより、スロート部２１２でブリッジが発生していると判断し、下端位置ブリッジ解消動作条件成立と判定する（Ｓ３３）。

圧力センサ２６ｃの内圧Ｐ３を計測し（Ｓ２９）、Ｐ２とＰ３との相関関係の値が、所定値Ａよりも大きい場合には、ブリッジが発生していると判断し（Ｓ３０）、下端位置ブリッジ解消動作条件成立と判定する（Ｓ３３）。Ｐ２とＰ３との相関関係は、例えば、Ｐ２／（Ｐ３−Ｐ２）＞Ａの関係を有している。

温度センサ２７ｃの計測した温度Ｔ３と所定温度ＴＣとを比較し、温度Ｔ３と所定温度ＴＣ以上の場合（Ｓ３１）、（Ｓ３２）は、スロート部２１２の下方に空洞化が発生してチャーが存在しないか少ないと考えられるため、スロート部２１２でブリッジが発生していると判断し、下端位置ブリッジ解消動作条件成立と判定する（Ｓ３３）。

以上のように、ステップ２６、ステップ２８、ステップ３０およびステップ３２の下端位置ブリッジ解消動作条件の何れか一つが成立した場合には、前回動作時間ｔ２（例えば、１分）が経過していることを条件として（Ｓ３４）、下端位置ブリッジ解消動作を実行する（Ｓ３５）。なお、前回動作時間ｔ２（例えば、１分）が、攪拌部材の待機位置復帰から所定時間経過するまでの時間に相当する。

下端位置ブリッジ解消動作が実行されると、昇降式攪拌装置３０の駆動部３２が作動する。昇降駆動部３５は、待機位置にある攪拌羽根３１を、下端位置Ｚまで下降させる（図４参照）。このとき、回転駆動部３６は下降する攪拌羽根３１を縦軸３３回りに回転させる。この結果、羽根部３４は回転しながら燃料に入り込むこととなり、ブリッジを破壊することが可能となる。なお、攪拌羽根３１は、回転させることにより、ブリッジを確実に破壊することはできるが、攪拌羽根３１は、回転させずに下降させることより、ブリッジを破壊することは可能である。

また、下端位置Ｚまで到達した攪拌羽根３１は、所定回転位置で固定した状態で上昇する。

以上のように、本実施形態のガス化炉２０は、攪拌羽根３１を縦軸３３回りに回転させながら燃料内に入れていく構成であるため、燃料にラットホールが形成されるのを防止することができる。すなわち、攪拌羽根３１を回転させない単なるプッシャー機能だけでは、燃料にラットホールを形成し、ガス化に影響があるが、攪拌操作を加えることにより、穴を埋め燃料の堆積レベルの均一化を図ることができる。

また、攪拌羽根３１は、未稼働時においては待機位置（燃料に接触しない位置）Ｘにあるため、高温雰囲気になく、攪拌羽根３１の耐久性が向上する。

しかも、攪拌羽根３１の縦軸３３には、縦軸３３に沿って一対の線条の補強用部材３３ａが設けられているので、攪拌羽根により挿入時の剛性が高くなり、曲げに強くなる利点がある。

また、昇降式攪拌装置３０を設けているので、ガス化性能改善が可能となる。すなわち、投入量変動の低減および燃料とガスの接触率の改善により、ガス発熱が改善するとともに、変動率も低減できる。

また、定期的かつ所望に応じて昇降式攪拌装置３０によりブリッジ解消動作を行うことにより、大きなブリッジ崩壊での大量のタール発生を抑制できる。

しかも、安価な原料でガス化発電が可能となることから、ランニングコストの低減を図ることが可能となる。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、ガス化炉本体２１内面にくびれ部２１０を有する場合について例示したが、くびれ部２１０は、必ずしも設ける必要はない。くびれ部２１０を有さないガス化炉であってもブリッジが発生する場合があるため、攪拌羽根３１を所定位置まで下降させ、ブリッジを解消することは可能である。

また、攪拌羽根３１が下降する所定位置は、中間位置Ｙと下端位置Ｚの２箇所以外に、３箇所以上の複数位置で停止させることも可能である。例えば、内筒２３およびガス化炉本体２１のそれぞれで攪拌羽根３１が下降する所定位置を複数設定することが可能である。

また、ガス化炉本体２１および内筒２３の断面開口形状は、円形、矩形状等の任意の形状が採用可能である。

１ ガス化システム
５ 燃料（固体原料）
１０ 燃料供給装置
２０ ガス化炉
２１ ガス化炉本体
２３ 内筒
２５ レベルセンサ（検出手段）
２６ａ 圧力センサ（検出手段）
２６ｂ 圧力センサ（検出手段）
２６ｃ 圧力センサ（検出手段）
２７ａ 温度センサ（検出手段）
２７ｂ 温度センサ（検出手段）
２７ｃ 温度センサ（検出手段）
２８ 制御装置
２９ 底部攪拌羽根
３０ 昇降式攪拌装置
３１ 攪拌羽根（攪拌部材）
３２ 駆動部
３３ 縦軸（攪拌部材軸）
３４ 羽根部
３５ 昇降駆動部
３６ 回転駆動部
２１０ くびれ部
２１１ 縮小開口部
２１１ａ 傾斜面
２１２ スロート部
２１３ 拡大開口部
２３５ 下端開口
Ｘ 待機位置
Ｙ 中間位置
Ｚ 下端位置
ＬＳＬ リミットスイッチ
ＬＳＭ リミットスイッチ
ＬＳＨ リミットスイッチ

Claims (5)

1. 固体原料を供給する内筒を外筒の上部に有するガス化炉において、
   前記内筒内に挿入され、ガス化炉の上下方向を長手方向とする攪拌部材と、
   前記攪拌部材を、前記内筒内に堆積する固体原料から離間させる待機位置と前記待機位置よりも下方のガス化炉内部の固体原料内に位置させる所定位置との間で昇降させる昇降駆動部と、
   前記攪拌部材を下降させるブリッジ解消動作時に、前記攪拌部材を攪拌部材軸回りに回転させる回転駆動部と、
   前記ガス化炉内の前記固体原料のブリッジを検出するための検出手段と、
   前記検出手段の信号に基づいて前記昇降駆動部および回転駆動部を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするガス化炉のブリッジ解消制御装置。
2. 請求項１に記載のガス化炉のブリッジ解消制御装置において、
   前記外筒底部に第２攪拌部材を設け、前記底部よりも上方で前記内筒より下方に前記外筒のスロート部を設け、
   前記第２攪拌部材の作動に伴って前記スロート部の圧力が上昇しない、前記スロート部の圧力が所定値以下、前記スロート部の下方側の圧力と前記スロート部圧力との相関が所定の関係である、または、前記スロート部温度が所定値以上の少なくとも一つの条件を前記制御装置が判定したときに、前記攪拌部材が前記スロート部を貫通する位置まで前記攪拌部材を下降させることを特徴とするガス化炉のブリッジ解消制御装置。
3. 請求項２に記載のガス化炉のブリッジ解消制御装置において、前記攪拌部材の待機位置復帰から所定時間経過するまでは前記攪拌部材の下降を待機させることを特徴とするガス化炉のブリッジ解消制御装置。
4. 請求項１に記載のガス化炉のブリッジ解消制御装置において、前記内筒下端より高い第１所定位置を第１所定高さとし、前記第１所定高さより高い所定位置を第２所定高さとして前記固体原料が第２所定高さ以上、前記固体原料が前記第１所定高さ以上であって前記内筒と前記外筒との間の空間の圧力が大気圧以上、前記内筒と前記外筒との間の空間の温度が所定値以上、前記内筒と前記外筒との間の空間において離間した２箇所の位置の温度差の絶対値が所定値以上、または、前記攪拌部材の待機位置復帰から所定時間経過の少なくとも一つの条件を前記制御装置が判定したときに、前記攪拌部材の下端が、前記内筒の下端に達する位置まで、前記攪拌部材を下降させることを特徴とするガス化炉のブリッジ解消制御装置。
5. 請求項４に記載のガス化炉のブリッジ解消制御装置において、前記攪拌部材の待機位置復帰からの所定時間よりも短い第２所定時間が経過するまでは前記攪拌部材の下降を待機させることを特徴とするガス化炉のブリッジ解消制御装置。

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