JP6388555B2 - バイオマスガス化システム及びこれを用いるボイラ設備 - Google Patents

Description

本発明は、バイオマスを燃焼・ガス化させることで一酸化炭素や水素などを発生させ、これをガス燃料として生成するガス化炉、バイオマスを用いてガス燃料を生成するバイオマスガス化システム及びガス燃料と他の燃料とを燃料として併用して燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラ設備に関するものである。

バイオマスを燃料としてガス化させることで一酸化炭素や水素などを発生させ、これをガス燃料として生成するガス化炉が各種提案されている。また、石炭や油などの化石燃料を燃料として燃焼させることで熱を発生させ、この発生した熱を回収するボイラが各種提案されている。そして、ガス化炉で生成したガス燃料をボイラに供給し、このガス燃料と化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、熱を回収するようにした設備が、例えば、下記特許文献１に記載されている。

米国特許第４６７６１７７号明細書

このようなガス化炉とボイラとを組み合わせた設備にあっては、ボイラ本体内に、燃焼バーナによりガス燃料と空気を噴射すると共に、別の燃焼バーナにより化石燃料と空気を噴射し、着火して燃焼させる。ここで、ボイラとしては、液体または気体の化石燃料を燃料に用いる、いわゆる油・ガス焚きボイラがある。油・ガス焚きボイラは、石炭等に比べ、不純物が少ない燃料を燃焼させている。このため、バイオマスから生成するガス燃料に含まれる不純物が多いと、ボイラでの燃焼に影響を与える。

本発明は上述した課題を解決するものであり、油・ガス焚きボイラに与える影響を少なくしつつ、かつ、効率よく燃焼させることができるガス燃料を生成するバイオマスガス化システム及びこれを用いるボイラ設備を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明は、バイオマスからガス燃料を生成するバイオマスガス化システムであって、バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉と、バイオマスを乾燥した後、前記ガス化炉にバイオマスを供給するバイオマス供給ユニットと、前記ガス化炉で生成されたガス燃料を、４００℃以上５００℃以下に冷却する冷却器と、前記冷却器を通過したガス燃料に含まれる異物を捕集し、異物を捕集したガス燃料を４００℃以上で排出するフィルタ装置と、各部の動作を制御する制御装置と、を有することを特徴とする。

ここで、前記冷却器と前記フィルタとの間の温度を検出する温度検出器と、を有し、前記制御装置は、前記温度検出器の検出結果に基づいて、前記冷却器の冷却を制御し、前記冷却器から排出されるガス燃焼を４００℃以上５００℃以下とすることが好ましい。

また、前記冷却器は、前記ガス化炉で生成されたガス燃料と、前記ガス化炉に供給する空気との間で熱交換を行い、前記ガス燃料を冷却する熱交換器であることが好ましい。

また、前記フィルタ装置は、前記ガス燃料の通過方向と逆の方向から不活性ガスを噴射し、捕集した異物を除去する逆洗機構を有することが好ましい。

また、前記ガス化炉と前記冷却器との間の前記ガス燃料が通過する経路に配置された燃焼装置を有し、前記制御装置は、前記ガス化炉の起動時に前記燃焼装置を稼動し、前記ガス燃料を燃焼させ、前記経路及びフィルタ装置を加熱することが好ましい。

また、前記ガス化炉は、内部の灰分が排出される灰処理装置を有し、前記灰処理装置は、灰分の一部をバイオマス供給装置の前記バイオマスを乾燥させる機構よりも上流側に供給することが好ましい。

上記の目的を達成するための本発明は、ボイラ設備であって、上記のいずれかに記載のバイオマスガス化システムと、前記バイオマスガス化システムから供給されたガス燃料と、液体または気体の燃料と、を燃焼させるボイラと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、油・ガス焚きボイラに与える影響を少なくしつつ、かつ、効率よく燃焼させることができる。

図１は、本実施形態のボイラ設備を表す概略構成図である。 図２は、図１に示すボイラ設備のボイラを表す概略構成図である。 図３は、バイオマスガス化システムの動作の一例を示すフローチャートである。 図４は、バイオマスガス化システムの動作の一例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係るボイラ設備を表す概略構成図である。図２は、図１に示すボイラ設備のボイラを表す概略構成図である。

図１に示すボイラ設備１は、バイオマスを用いて生成したガス燃料と油やＬＮＧなどの液体または気体の化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラ設備である。

この実施例１のボイラ設備１は、図１に示すように、バイオマスを燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するバイオマスガス化システム２と、バイオマスガス化システム２で生成されたガス燃料と、気体または液体の化石燃料を混合して燃焼するボイラ３０と、を有する。

バイオマスガス化システム２は、バイオマスを乾燥して供給するバイオマス供給装置３と、供給されたバイオマスをガス化しガス燃料を生成するガス化炉４と、ガス化炉４で生成されたガス燃料を冷却する空気予熱器５と、空気予熱器５を通過しガス燃料の異物を捕集するフィルタ装置６と、各部の動作を制御する制御装置７と、を有する。

ここで、バイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源であって、化石資源を除いたものと定義する。例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを減量としたリサイクル燃料（ペレットやチップ)などペレットなどであり、ここに提示したものに限定されることはない。

バイオマス供給装置３は、バイオマス貯留部（バイオマスヤード）７０と、運搬機７２と、受入部７４と、搬送コンベヤ７６、７８と、磁選機８０と、鉄分貯留ヤード８２と、ホッパ８４と、乾燥装置８６と、計量コンベア８８と、ホッパ９０と、供給配管９２と、を有する。バイオマス貯留部（バイオマスヤード）７０は、加工前のバイオマスが貯留されている。バイオマス貯留部７０には、外部からバイオマスが搬送される。運搬機７２は、油圧ショベル、ホイールローダ等であり、バイオマス貯留部７０に貯留されているバイオマスを搬送する。受入部７４は、運搬機７２で搬送されたバイオマスが投入される。搬送コンベヤ７６は、受入部７４に投入されたバイオマスを搬送コンベア７８に搬送する。搬送コンベア７８は、搬送コンベア７６から搬送されたバイオマスをホッパ８４に搬送する。磁選機８０は、電磁石等でバイオマスに含まれる金属製の異物を吸着し、バイオマスから除去する。異物としては、釘や蝶番が例示される。磁選機８０は、バイオマスから除去した金属製の異物を鉄分貯留ヤード８２に排出する。ホッパ８４は、所定量のバイオマスを貯留可能な装置である。ホッパ８４は、搬送コンベア７８から供給されたバイオマスを貯留し、貯留したバイオマスを乾燥装置８６に供給する。乾燥装置８６は、バイオマスから水分を除去する。乾燥装置８６としては、バイオマスに熱風を供給する乾燥装置や、加熱源を内部に配置しつつ、バイオマスを流動化させて移動させる流動層乾燥装置を用いることができる。計量コンベア８８は、乾燥装置８６から排出された乾燥されたバイオマスを、計量した後、ホッパ９０に搬送する。ホッパ９０は、所定量のバイオマスを貯留可能であり、スクリューフィーダ等で、貯留したバイオマスを所定量ずつ供給する。供給配管９２は、ホッパ９０とガス化炉４とを接続しており、ホッパ９０から排出されたバイオマスをガス化炉４に供給する。

バイオマス供給装置３は、以上のような構成であり、バイオマスから異物を除去し、乾燥させた後、ガス化炉４に供給する。バイオマス供給装置３の構造は、これに限定されない。例えば、バイオマス供給装置３は、さらにバイオマスを粉砕するミル等の粉砕装置を備えていてもよい。

ガス化炉４は、循環流動層形式のガス化炉であって、ガス化炉本体１１と、サイクロン１７と、排出配管１８と、循環配管１９と、シールポッド２０と、空気供給配管２１と、空気供給分岐配管２２と、灰排出配管２３と、ガス燃料ライン２４と、灰処理装置２７と、流動材搬送装置２８と、起動用バーナ２９と、を有する。ガス化炉４は、循環流動層形式のガス化炉であるが、循環流動層形式に限らず気泡型循環流動層形式であってもよい。

ガス化炉本体１１は、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、上下及び周囲の各壁部が全面耐火材料により構成され、外部への放熱が防止可能な構造であり、例えば、５００〜１０００℃で運転可能となっている。このガス化炉本体１１は、流動材としての流動砂と燃料としてのバイオマスを供給可能となっており、内部でバイオマスを燃焼・ガス化することで流動砂を高温化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガスが発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。ここで、流動砂としては、例えば、珪砂（主成分として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３など）であり、また、ガス化炉本体１１内で発生したガスから硫黄を除去（脱硫）するために、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を投入してもよい。

また、ガス化炉本体１１は、上側部が排出配管１８を介してサイクロン１７の上側部に連結されている。サイクロン１７は、可燃性ガスと流動砂を分離する。サイクロン１７は、下部が循環配管１９を介してガス化炉本体１１の下側部に連結されており、この循環配管１９にシールポッド２０が装着されている。

空気供給配管２１と、空気供給分岐配管２２とは、ガス化炉本体１１に接続され、燃焼・ガス化用の空気を供給する。空気供給配管２１は、端部がガス化炉本体１１の下部に連結される。空気供給分岐配管２２は、空気供給配管２１から分岐し、シールポッド２０に連結されている。空気供給配管２１は、空気予熱器５で例えば２００〜３５０℃に加熱された高温空気をガス化炉本体１１の下部から内部に供給することができる。空気供給分岐配管２２は、空気予熱器５で例えば２００〜３５０℃に加熱された高温空気をシールポッド２０に供給する。

灰排出配管２３は、ガス化炉本体１１の下部に接続され、堆積した灰を排出する。灰排出管２３は、灰と流動材と異物が混在した状態で排出される。ガス燃料ライン２４は、サイクロン１７の上部に接続されている。ガス燃料ライン２４は、サイクロン１７を通過した可燃性ガス、つまりガス燃料が排出される。ガス燃料ライン２４は、空気予熱器５に接続されている。

灰処理装置２７は、灰排出配管２３から排出された灰と流動材と異物の混合物を処理する。灰処理装置２７は、搬送ベルト２７ａと、分離装置２７ｂと、流動材搬出ライン２７ｃとを有する。搬送ベルト２７ａは、灰排出配管２３から排出された灰と流動材と異物の混合物を分離装置２７ｂに搬送する。分離装置２７ｂは、灰と流動材と異物の混合物を分離し、流動材を流動材搬出ライン２７ｃに供給し、その他の物質を灰循環装置１００に供給する。なお、灰処理装置２７は、分離装置２７ｂで分離を行わず、そのまま、流動材搬出ライン２７ｃと灰循環装置１００に混合物を供給してもよい。

流動材搬送装置２８は、流動材搬出ライン２７ｃから供給された流動材を含む物質をガス化炉本体１１及び循環配管１９に供給する。ガス化炉４は、このようにガス化炉本体１１及び循環配管１９を循環する経路内に、流動材を戻す。起動用バーナ２９は、ガス化炉本体１１に接続されている燃焼装置である。起動用バーナ２９は、燃料（例えばＬＮＧ、液化天然ガス）を供給する燃料供給装置２９ａと、空気を供給する空気供給装置２９ｂとを有する。燃料供給装置２９ａから燃料を供給しつつ、空気供給装置２９ｂから空気を供給することで、火炎を発生させて、ガス化炉本体１１を加熱する。起動用バーナ２９は、バイオマスガス化システム２の起動時にガス化炉本体１１を加熱する場合に使用される。

空気予熱器５は、ガス燃料ライン２４及びガス燃料ライン１１８と接続されており、ガス燃料ライン２４から供給されたガス燃料を、熱交換で冷却した後、ガス燃料ライン１１８に排出する。空気予熱器５は、送風ファン１１６と接続されている。空気予熱器５は、送風ファン１１６から供給された空気とガス燃料との間で熱交換を行い、空気を２００〜３００℃に加熱して昇温させ、ガス燃料を４００℃以上５００℃以下に減温させる。空気予熱器５は、空気供給配管２１及び空気供給分岐配管２２と接続しており、昇温した空気を空気供給配管２１及び空気供給分岐配管２２に供給する。

フィルタ装置６は、ガス燃料ライン１１８及びガス燃料ライン１２４と接続されており、ガス燃料ライン１１８から供給されたガス燃料を、異物を除去した後、ガス燃料ライン１２４に排出する。フィルタ装置６は、セラミックフィルタ等の高温、具体的には４００℃以上の温度に使用可能なフィルタを有する。フィルタ装置６は、ガス燃料の温度低下を抑制しつつ、フィルタを用いて異物を除去することができればよく、ガス燃料が固定したフィルタを通過する構造としても、サイクロン式の構造としてよい。異物排出装置１２２は、フィルタ装置６でガス燃料から分離された異物を外部に搬送する。ガス燃料ライン１２４は、フィルタ装置６から供給されたガス燃料をボイラ３０に供給する。

制御装置７は、バイオマスガス化システム２の各部の動作を制御する。制御装置７による動作制御については後述する。

また、バイオマスガス化システム２は、灰循環装置１００と、ダクトバーナ１１４と、温度検出器１２０と、を有する。灰循環装置１００は、灰処理装置２７の分離装置２７ｂから排出された灰を含む混合物をバイオマス供給装置３の受入部７４に供給する。灰循環装置１００は、循環ライン１０２と、供給ファン１０４と、を有する。循環ライン１０２は、分離装置２７ｂと受入部７４とを接続する配管である。供給ファン１０４は、空気を送ることで循環ライン１０２内に分離装置２７ｂから受入部７４に向かう流れを形成する。灰循環装置１００は、供給ファン１０４で空気を送ることで、分離装置２７ｂから循環ライン１０２に供給された灰を含む混合物を受入部７４に送る。

ダクトバーナ１１４は、ガス燃料ライン２４に設置されている。ダクトバーナ１１４は、ガス燃料ライン２４内で火炎を発生させる燃焼装置である。ダクトバーナ１１４は、火炎を発生させ、設置されている配管を加熱する。また、ダクトバーナ１１４は、火炎を発生させ、ガス燃料ライン２４を流れている空気を加熱することで下流側の機器を加熱する。また、ダクトバーナ１１４は、ガス燃料ライン２４をガス燃料等の可燃成分が流れている場合、可燃成分を燃焼させる。

温度検出器１２０は、ガス燃料ライン１１８に設置され、空気予熱器５を通過したガス燃料の温度を検出する。

一方、ボイラ３０は、油・ガス焚きのコンベンショナルボイラであって、ガス燃料と、油やＬＮＧなどの液体または気体の化石燃料とを燃焼可能なボイラ本体３１を有している。このボイラ本体３１は、中空形状をなして鉛直方向に設置され、このボイラ本体３１を構成するボイラ本体壁の下部に燃焼装置３２が設けられている。この燃焼装置３２は、ボイラ本体壁に装着された複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３と、複数のガス燃料用の燃焼バーナ３４とを有している。本実施例にて、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、周方向に沿って４個配設されたものが上下方向に４段配置されている。一方、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３の下方であって、周方向に沿って４個配設されたものが上下方向に１段配置されている。なお、化石燃料用の燃焼バーナ３３とガス燃料用の燃焼バーナ３４の配置関係は上下逆であってもよい。また、各燃焼バーナ３３,３４にて、周方向の数は４個に限るものではなく、段数も４段や１段に限るものではない。更に、各燃焼バーナ３３，３４に対向するように配置してもよい。

そして、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、微粉炭供給部３５が供給配管３６を介して連結されると共に、燃料油（または、燃料ガス）供給部３７が供給配管３８を介して連結されており、この場合、化石燃料として、微粉炭または燃料油を供給可能となっている。一方、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、ガス化炉４からのガス燃料ライン２４が連結されている。この場合、ガス燃料ライン２４からガス燃料用の燃焼バーナ３４に供給されるガス燃料は、４００℃以上に維持することが望ましい。

また、燃焼装置３２は、各燃焼バーナ３３，３４に燃焼用空気を供給可能な空気供給配管３９を有しており、この空気供給配管３９は、基端部に送風機４０が装着され、先端部がボイラ本体３１の外周側に設けられた風箱４１に連結されている。そのため、この風箱４１に供給された空気を各燃焼バーナ３３，３４に供給することができる。

ボイラ本体３１は、上部に煙道４２が連結されており、この煙道４２に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための、過熱器４３，４４、再熱器４５，４６、節炭器４７，４８，４９が設けられており、ボイラ本体３１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。

煙道４２は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス配管５０が連結されている。この排ガス配管５０は、空気供給配管３９との間にエアヒータ５１が設けられ、空気供給配管３９を流れる空気と、排ガス配管５０を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ３３，３４に供給する燃焼用空気を２００〜３００℃の範囲に昇温することが望ましい。排ガス配管５０は、エアヒータ５１より上流側に位置して、選択還元型触媒５４が設けられ、エアヒータ５１より下流側に位置して、電気集塵機５５、誘引送風機５６、脱硫装置５７が設けられ、下流端部に煙突５８が設けられている。

従って、ボイラ３０にて、送風機４０を駆動して空気を吸引すると、この空気は、空気供給配管３９を通してエアヒータ５１で加熱された後に風箱４１を介して各燃焼バーナ３３，３４に供給される。また、化石燃料としての微粉炭または燃料油は、供給配管３６，３８を通して化石燃料用の燃焼バーナ３３に供給されると共に、ガス化炉４からのガス燃料は、ガス燃料ライン２４を通してガス燃料用の燃焼バーナ３４に供給される。

すると、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、燃焼用空気と化石燃料をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火し、また、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、燃焼用空気とガス燃料をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火する。このボイラ本体３１では、燃焼用空気、化石燃料、ガス燃料が燃焼して火炎が生じる。ボイラ本体３１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガスがこのボイラ本体３１内を上昇し、煙道４２に排出される。

このとき、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器４７，４８，４９によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給されボイラ本体壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。更に、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器４３，４４に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４３，４４で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラント（例えば、タービン等）に供給される。また、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器４５，４６に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、ボイラ本体３１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。

その後、煙道４２の節炭器４７，４８，４９を通過した排ガスは、排ガス配管５０にて、選択還元型触媒５４でＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機５５で粒子状物質が除去され、脱硫装置５７により硫黄分が除去された後、煙突５８から大気中に排出される。

ここで、本実施形態のバイオマスガス化システム２の動作について説明する。バイオマスガス化システム２は、バイオマス供給装置３の各部でバイオマスを搬送し、金属性の異物を除去し、乾燥した後、ガス化炉４に供給する。ガス化炉４は、供給されたバイオマスと流動材とともに流動させつつ加熱することでガス燃料を生成する。具体的には、ガス化炉本体１１は、流動材搬送装置２８から流動砂が供給されており、バイオマス供給装置３からバイオマスが供給される。また、ガス化炉本体１１は、空気供給配管２１により下部からガス化用の高温空気が供給される。すると、ガス化炉本体１１内にて、流動砂とバイオマスとが流動混合すると共に、バイオマスが燃焼・ガス化して可燃性ガスが発生する。この燃焼・ガス化により発生した可燃性ガスは、流動砂と共に排出配管１８を通してサイクロン１７に排出され、このサイクロン１７により可燃性ガスと流動砂とに分離される。そして、分離された可燃性ガスは、ガス燃料としてガス燃料ライン２４を通して空気予熱器５に供給される。サイクロン１７で分離された高温の流動砂は、シールポッド２０を介して循環配管１９によりガス化炉本体１１に戻される。また、灰排出配管２３から排出された混合物は、一部が流動材搬送装置２８でガス化炉本体１１及び循環配管１９に戻され、一部が灰循環装置１００でバイオマス供給装置３に供給される。ここで、ガス化炉４の内部の温度は、５００℃以上１０００℃以下である。ガス化炉４は、供給する空気の火を変化させることで、温度を制御することができる。ガス化炉４で生成されるガス燃料は、主成分が一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、窒素（Ｎ）などから構成され、３００〜１１００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３程度の低カロリーガスであり、６５０〜８５０℃の範囲となる。

バイオマスガス化システム２は、ガス化炉４から排出され、ガス燃料ライン２４を通過したガス燃料が空気予熱器５に供給される。空気予熱器５は、供給されたガス燃料と空気とを熱交換することで、ガス燃料の温度を４００℃以上５００℃以下とする。また、空気予熱器５は、大気温度の空気を例えば２００〜３５０℃に加熱に加熱する。

バイオマスガス化システム２は、空気予熱器５で４００℃以上５００℃以下としたガス燃料をガス供給ライン１１８でフィルタ装置６に供給し、ガス燃料に含まれる異物を除去する。バイマスガス化システム２は、フィルタ装置６で異物を除去し、４００℃以上を維持した状態のガス燃料をボイラ３０に供給する。なお、バイオマスガス化システム２は、予め運転条件を設定することで、各位置での温度を上記範囲とすることができる。

バイオマスガス化システム２は、ガス燃料を４００℃以上５００℃以下とした後、フィルタ装置６で異物を除去することで、５００℃以下で析出するガス燃料に含まれるアルカリ金属成分をフィルタ装置６で除去することができる。また、ガス燃料が４００℃以上を維持した状態でフィルタ装置６を通過させボイラ３０に供給することで、タール分の析出を抑制することができる。これにより、タール分が付着することを抑制でき、ボイラ３０で燃焼可能な成分をより多くすることができる。また、ガス燃料が４００℃以上を維持した状態でフィルタ装置６を通過させボイラ３０に供給することで、ガス燃料をエネルギが高い状態でボイラ３０に供給することができる。これにより、ボイラ設備１の運転効率を高くすることができる。また、油・ガス焚きのボイラ３０にアルカリ金属が投入されることを抑制でき、油・ガス焚きのボイラ３０でガス化したバイオマスを好適に燃焼させることができる。

ここで、フィルタ装置６は、ガス燃料の通過方向と逆の方向から不活性ガスを噴射し、捕集した異物を除去する逆洗機構を有することが好ましい。ここで、不活性ガスとしては、ボイラ３０の排ガスや、二酸化炭素、窒素等が例示される。フィルタ装置６の洗浄に不活性ガスを用いることで、温度が高い状態でガス燃料が通過するフィルタ装置６内で、ガス燃料が燃焼することを抑制することができる。

バイオマスガス化システム２は、灰循環装置１００を設け、灰の一部をバイオマス供給装置３に供給することで、燃焼成分が含まれる灰を再度バイオマスの搬送経路に戻すことができ、燃料を効率よく使用することができる。また、バイオマス供給装置３の乾燥装置８６よりも上流側の湿潤状態のバイオマスが搬送または貯留されている領域に、乾燥した灰を供給することで、湿っている状態を改善することができ、バイオマスのハンドリング性を向上させることができる。

図３は、バイオマスガス化システムの動作の一例を示すフローチャートである。図３に示す動作は、制御装置７が各部の動作を実行することで、実現することができる。制御装置７は、温度検出器１２０で温度を検出する（ステップＳ１２）。制御装置７は、温度を検出したら、ガス燃料ライン１１８を流れるガス燃料の温度が４００℃以上であるか判定する（ステップＳ１４）。制御装置７は、温度が４００℃以上ではない（ステップＳ１４でＮｏ）、つまり、４００℃未満であると判定した場合、供給する空気の量を減少させる（ステップＳ１６）。制御装置７は、送風ファン１１６の動作を制御し、空気予熱器５に供給する空気の量を減少させる。空気予熱器５に供給する空気の量を減少させることで、空気予熱器５でのガス燃料に対する空気の吸熱量が低減し、空気予熱器５から排出されるガス燃料の温度を高くすることができる。

制御装置７は、温度が４００℃以上である（ステップＳ１４でＹｅｓ）と判定した場合、ガス燃料ライン１１８を流れるガス燃料の温度が５００℃以下であるか判定する（ステップＳ１８）。制御装置７は、温度が５００℃以下ではない（ステップＳ１８でＮｏ）、つまり、５００℃より高いと判定した場合、供給する空気の量を増加させる（ステップＳ２０）。制御装置７は、送風ファン１１６の動作を制御し、空気予熱器５に供給する空気の量を増加させる。空気予熱器５に供給する空気の量を増加させることで、空気予熱器５でのガス燃料に対する空気の吸熱量が増加し、空気予熱器５から排出されるガス燃料の温度を低下させることができる。制御装置７は、温度が５００℃以下である（ステップＳ１８でＹｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。

バイオマスガス化システム２は、温度検出器１２０の検出結果に基づいて、送風ファン１１６の動作を制御し、空気予熱器５の熱交換を制御することで、フィルタ装置６に供給するガス燃料をより確実に４００℃以上５００℃以下とすることができる。これにより、ガス燃料からアルカリ金属を好適に除去することができ、かつ、タール分の発生を抑制することができる。また、上記制御では、下限の４００℃と上限の５００℃を制御の判定基準としたが、判定基準は、４００℃よりも高い温度と、５００℃よりも低い温度とを用いることが好ましい。これにより、制御に誤差が生じても、フィルタ装置６に供給するガス燃料をより確実に４００℃以上５００℃以下とすることができる。

ここで、上記実施形態のバイオマスガス化システム２は、ガス化炉４から排出されたガス燃料を空気予熱器５による熱交換で冷却しつつ、空気を加熱することで、システム全体の熱を効率よく利用することができる。なお、バイオマスガス化システム２は、空気予熱器５に代えて、冷却器を設けてもよい。また、ガス化炉２に供給する空気以外の媒体とガス燃料とを熱交換してもよい。

また、上記実施形態では、温度検出器１２０をガス燃料ライン１１８に設置し、ガス燃料ライン１１８の検出結果に基づいて制御を行ったがこれに限定されない。例えば、ガス燃料ライン２４に温度検出器を設置し、その結果に基づいて制御を行ってもよい。また、上記実施形態では、空気予熱器５に供給する空気の量を制御したが、他の制御を行ってもよい。例えばダクトバーナ１１４で管路を加熱し、温度を上昇させてもよい。

図４は、バイオマスガス化システムの動作の一例を示すフローチャートである。図４に示す動作は、制御装置７が各部の動作を実行することで、実現することができる。制御装置７は、システム（バイオマスガス化システム２）起動時であるかを判定する（ステップＳ３２）。制御装置７は、システム（バイオマスガス化システム２）起動時である（ステップＳ３２でＹｅｓ）と判定した場合、ダクトバーナを稼動させる（ステップＳ３４）。制御装置７は、システム（バイオマスガス化システム２）起動時ではない（ステップＳ３２でＮｏ）と判定した場合、ダクトバーナ１１４を停止させる（ステップＳ３６）。

バイオマスガス化システム２は、このようにシステムの起動時にダクトバーナ１１４を起動させ、ガス燃料ライン２４を加熱することで、システム全体の温度の上昇を速くすることができ起動時間を短くすることができる。また、起動時にガス化炉４から排出されるガス燃料をダクトバーナ１１４で燃焼させることができる。これにより、低温のガス燃料が流通し、タール分が析出することを抑制することができる。

また、ダクトバーナ１１４は、ボイラ３０の状態によって、ガス燃料を投入できない場合もガス燃料を燃焼させ、ボイラ３０内にガス燃料が流入することを抑制することができる。つまりダクトバーナ１１４は、フレアスタックとしても用いることができる。これにより、バイオマスガス化システム２にフレアスタックを用いる必要が無くなり、装置構成を簡単にすることができる。

１ ボイラ設備
２ バイオマスガス化システム
３ バイオマス供給装置
４ ガス化炉
５ 空気予熱器
６ フィルタ装置
７ 制御装置
１１ ガス化炉本体
１７ サイクロン
１８ 排出配管
１９ 循環配管
２０ シールポッド
２１ 空気供給配管
２２ 空気供給分岐配管
２３ 灰排出配管
２４、１１８、１２４ ガス燃料ライン
２７ 灰処理装置
２７ａ搬送ベルト
２７ｂ分離装置
２７ｃ流動材搬出ライン
２８ 流動材搬送装置
２９ 起動用バーナ
２９ａ燃料供給装置
２９ｂ空気供給装置
３０ ボイラ
３１ ボイラ本体
３２ 燃焼装置
３３ 化石燃料用の燃焼バーナ
３４ ガス燃料用の燃焼バーナ
３９ 空気供給配管
４２ 煙道
５１ エアヒータ
７０ バイオマス貯留部（バイオマスヤード）
７２ 運搬機
７４ 受入部
７６、７８ 搬送コンベヤ
８０ 磁選機
８２ 鉄分貯留ヤード
８４、９０ ホッパ
８６ 乾燥装置
８８ 計量コンベア
９２ 供給配管
１００ 灰循環装置
１０２ 循環ライン
１０４ 供給ファン
１１４ ダクトバーナ
１１６ 送風ファン
１２０ 温度検出器
１２２ 異物排出装置

Claims (6)

1. バイオマスからガス燃料を生成するバイオマスガス化システムであって、
   バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉と、
   バイオマスを乾燥した後、前記ガス化炉にバイオマスを供給するバイオマス供給ユニットと、
   前記ガス化炉で生成されたガス燃料を、４００℃以上５００℃以下に冷却する冷却器と、
   前記冷却器を通過したガス燃料に含まれる異物を捕集し、異物を捕集したガス燃料を４００℃以上で排出するフィルタ装置と、
   各部の動作を制御する制御装置と、
   前記ガス化炉と前記冷却器との間の前記ガス燃料が通過する経路に配置された燃焼装置と、を有し、
   前記制御装置は、前記ガス化炉の起動時に前記燃焼装置を稼動し、前記ガス燃料を燃焼させ、前記経路及びフィルタ装置を加熱することを特徴とするバイオマスガス化システム。
2. 前記冷却器と前記フィルタとの間の温度を検出する温度検出器と、を有し、
   前記制御装置は、前記温度検出器の検出結果に基づいて、前記冷却器の冷却を制御し、前記冷却器から排出されるガス燃焼を４００℃以上５００℃以下とすることを特徴とする請求項１に記載のバイオマスガス化システム。
3. 前記冷却器は、前記ガス化炉で生成されたガス燃料と、前記ガス化炉に供給する空気との間で熱交換を行い、前記ガス燃料を冷却する熱交換器であることを特徴とする請求項１または２に記載のバイオマスガス化システム。
4. 前記フィルタ装置は、前記ガス燃料の通過方向と逆の方向から不活性ガスを噴射し、捕集した異物を除去する逆洗機構を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のバイオマスガス化システム。
5. 前記ガス化炉は、内部の灰分が排出される灰処理装置を有し、
   前記灰処理装置は、灰分の一部をバイオマス供給装置の前記バイオマスを乾燥させる機構よりも上流側に供給することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のバイオマスガス化システム。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のバイオマスガス化システムと、
   前記バイオマスガス化システムから供給されたガス燃料と、液体または気体の燃料と、を燃焼させるボイラと、を有することを特徴とするボイラ設備。

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